京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
随着时间序列分析的普及,LSTM 成为了深度学习中最常用的工具之一。它以其优异的性能和对数据的自适应特征提取而闻名。然而,在实际应用中,我们通常需要通过多变量来预测未来时间序列数据。本文将介绍如何使用多变量 LSTM 模型来进行时间序列预测,并且给出一个例子来预测未来一周的气温。
首先,我们需要准备数据集。在本例中,我们将使用包含多个变量的天气数据。这些变量包括温度、湿度、风速、降雨量等。我们将选取最近一年的数据,将其前80%作为训练集,后20%作为测试集。
接下来,我们需要对数据进行归一化处理。由于不同变量之间的值域差异较大,我们需要将其进行缩放到一个相同的范围内。这里我们将使用 Scikit-Learn 库中的MinMaxScaler函数。
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
scaler = MinMaxScaler()
train_data = scaler.fit_transform(train_data)
test_data = scaler.transform(test_data)
接下来,我们需要将数据转换成适合 LSTM 模型的格式。在多变量情况下,我们需要将每个时刻的输入向量扩展到包含多个变量。这里我们将以过去 30 天的数据为输入,预测未来一周的气温。
import numpy as np def create_dataset(X, y, time_steps=1):
Xs, ys = [], [] for i in range(len(X) - time_steps):
v = X[i:i + time_steps]
Xs.append(v)
ys.append(y[i + time_steps]) return np.array(Xs), np.array(ys)
TIME_STEPS = 30 X_train, y_train = create_dataset(train_data, train_data[:, 0], TIME_STEPS)
X_test, y_test = create_dataset(test_data, test_data[:, 0], TIME_STEPS)
接下来,我们可以构建 LSTM 模型。在本例中,我们将使用两层 LSTM 和一个全连接层。模型的输入形状应该是(samples, time_steps, features)。
from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import Dense, LSTM
model = Sequential([
LSTM(units=64, input_shape=(X_train.shape[1], X_train.shape[2]), return_sequences=True),
LSTM(units=32, return_sequences=False),
Dense(units=1)])
在训练模型之前,我们需要定义损失函数和优化器,并编译模型。
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='adam')
现在,我们可以开始训练模型。在每个 epoch 后,我们将记录训练集和测试集上的损失值,并可视化它们的变化。
history = model.fit(
X_train, y_train,
epochs=50,
batch_size=16,
validation_split=0.1,
verbose=1,
shuffle=False) import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(history.history['loss'], label='train')
plt.plot(history.history['val_loss'], label='test')
plt.legend()
plt.show()
在模型训练完成后,我们可以对测试集进行预测,并将预测结果与真实值进行比较。
y_pred = model.predict(X_test)
plt.plot(y_test, label='true')
plt.plot(y_pred, label='predicted')
plt.legend()
plt.show()
最后,我们将使用训练好的模型来预测未来一周的气温。首先,我们需要获取最近 30 天的数据,然后使用模型进行预测。每次预测完之后,我们将新的预测值添加到输入序列中,用于下一次的预测。
X_last30
= test_data[-TIME_STEPS:] forecast = [] for i in range(7): y_pred_one = model.predict(X_last30.reshape(1, TIME_STEPS, -1)) forecast.append(y_pred_one[0, 0]) X_last30 = np.vstack((X_last30[1:], y_pred_one))
forecast = scaler.inverse_transform(np.array(forecast).reshape(-1, 1))
以上便是使用多变量 LSTM 进行时间序列预测的整个流程。通过训练模型,我们可以获得对未来数据的预测结果,并且不仅仅考虑了单一变量的影响,而是综合了多个变量的影响。当然,这只是一个简单的例子,实际应用中可能会涉及到更加复杂的数据和模型。
相信读完上文,你对算法已经有了全面认识。若想进一步探索机器学习的前沿知识,强烈推荐机器学习之半监督学习课程。
学习入口:https://edu.cda.cn/goods/show/3826?targetId=6730&preview=0
涵盖核心算法,结合多领域实战案例,还会持续更新,无论是新手入门还是高手进阶都很合适。赶紧点击链接开启学习吧!
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
当沃尔玛数据分析师首次发现 “啤酒与尿布” 的高频共现规律时,他们揭开了数据挖掘最迷人的面纱 —— 那些隐藏在消费行为背后 ...
2025-11-03这个问题精准切中了配对样本统计检验的核心差异点,理解二者区别是避免统计方法误用的关键。核心结论是:stats.ttest_rel(配对 ...
2025-11-03在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“高维数据的潜在规律挖掘” 是进阶需求 —— 例如用户行为包含 “浏览次 ...
2025-11-03在 MySQL 数据查询中,“按顺序计数” 是高频需求 —— 例如 “统计近 7 天每日订单量”“按用户 ID 顺序展示消费记录”“按产品 ...
2025-10-31在数据分析中,“累计百分比” 是衡量 “部分与整体关系” 的核心指标 —— 它通过 “逐步累加的占比”,直观呈现数据的分布特征 ...
2025-10-31在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“二分类预测” 是高频需求 —— 例如 “预测用户是否会流失”“判断客户 ...
2025-10-31在 MySQL 实际应用中,“频繁写入同一表” 是常见场景 —— 如实时日志存储(用户操作日志、系统运行日志)、高频交易记录(支付 ...
2025-10-30为帮助教育工作者、研究者科学分析 “班级规模” 与 “平均成绩” 的关联关系,我将从相关系数的核心定义与类型切入,详解 “数 ...
2025-10-30对 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言,“相关系数” 不是简单的数字计算,而是 “从业务问题出发,量化变量间关联强 ...
2025-10-30在构建前向神经网络(Feedforward Neural Network,简称 FNN)时,“隐藏层数目设多少?每个隐藏层该放多少个神经元?” 是每个 ...
2025-10-29这个问题切中了 Excel 用户的常见困惑 —— 将 “数据可视化工具” 与 “数据挖掘算法” 的功能边界混淆。核心结论是:Excel 透 ...
2025-10-29在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“多组数据差异验证” 是高频需求 —— 例如 “3 家门店的销售额是否有显 ...
2025-10-29在数据分析中,“正态分布” 是许多统计方法(如 t 检验、方差分析、线性回归)的核心假设 —— 数据符合正态分布时,统计检验的 ...
2025-10-28箱线图(Box Plot)作为展示数据分布的核心统计图表,能直观呈现数据的中位数、四分位数、离散程度与异常值,是质量控制、实验分 ...
2025-10-28在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“分类变量关联分析” 是高频需求 —— 例如 “用户性别是否影响支付方式 ...
2025-10-28在数据可视化领域,单一图表往往难以承载多维度信息 —— 力导向图擅长展现节点间的关联结构与空间分布,却无法直观呈现 “流量 ...
2025-10-27这个问题问到了 Tableau 中两个核心行级函数的经典组合,理解它能帮你快速实现 “相对位置占比” 的分析需求。“index ()/size ( ...
2025-10-27对 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言,“假设检验” 绝非 “套用统计公式的机械操作”,而是 “将模糊的业务猜想转 ...
2025-10-27在数字化运营中,“凭感觉做决策” 早已成为过去式 —— 运营指标作为业务增长的 “晴雨表” 与 “导航仪”,直接决定了运营动作 ...
2025-10-24在卷积神经网络(CNN)的训练中,“卷积层(Conv)后是否添加归一化(如 BN、LN)和激活函数(如 ReLU、GELU)” 是每个开发者都 ...
2025-10-24