推導(dǎo)

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

ARMA 模型通常用于平穩(wěn)時(shí)間序列的建模和預(yù)測(cè),如股票價(jià)格、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、氣象數(shù)據(jù)的短期預(yù)測(cè)等。

核心案例代碼

我們使用 ARMA 模型預(yù)測(cè)股票市場(chǎng)數(shù)據(jù)。

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.tsa.arima.model import ARIMA

# 生成示例數(shù)據(jù):股票價(jià)格的時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=100)
data = np.cumsum(np.random.randn(100)) + 100 # 隨機(jī)漫步序列

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame(data, index=dates, columns=['Stock Price'])

# 擬合ARMA模型 (p=2, q=2)
model = ARIMA(df['Stock Price'], order=(2, 0, 2))
arma_result = model.fit()

# 預(yù)測(cè)未來(lái)20個(gè)時(shí)間點(diǎn)
forecast = arma_result.get_forecast(steps=20)
forecast_index = pd.date_range(df.index[-1], periods=21, freq='D')[1:]
forecast_values = forecast.predicted_mean

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df.index, df['Stock Price'], label='Observed', color='blue')
plt.plot(forecast_index, forecast_values, label='Forecast', color='red', linestyle='--')
plt.fill_between(forecast_index,
forecast.conf_int().iloc[:, 0],
forecast.conf_int().iloc[:, 1],
color='pink', alpha=0.3)
plt.title('ARMA Model Forecast of Stock Price')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Stock Price')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

整個(gè)代碼生成一個(gè)隨機(jī)漫步的股票價(jià)格序列,使用 ARMA 模型進(jìn)行擬合并預(yù)測(cè)未來(lái) 20 天的股票價(jià)格。圖中展示了實(shí)際的時(shí)間序列數(shù)據(jù)(藍(lán)色)以及預(yù)測(cè)的未來(lái)值(紅色虛線(xiàn)),同時(shí)預(yù)測(cè)區(qū)間的置信區(qū)間以粉色陰影表示。

2. 自回歸積分滑動(dòng)平均模型(ARIMA)

原理

ARIMA 模型是 ARMA 模型的擴(kuò)展,適用于非平穩(wěn)時(shí)間序列。ARIMA 模型通過(guò)差分操作使非平穩(wěn)時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)時(shí)間序列,再對(duì)平穩(wěn)時(shí)間序列進(jìn)行 ARMA 模型擬合。

ARIMA 模型的三個(gè)主要參數(shù)分別是:

其中,差分次數(shù) 是用來(lái)消除時(shí)間序列中的趨勢(shì)成分,使其成為平穩(wěn)序列。

核心公式

推導(dǎo)

差分操作

應(yīng)用 ARMA 模型

對(duì)差分后的序列應(yīng)用 ARMA 模型。

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

ARIMA 模型廣泛用于經(jīng)濟(jì)、金融等領(lǐng)域的時(shí)間序列預(yù)測(cè),如 GDP、通貨膨脹率、失業(yè)率、股票價(jià)格等。特別適合處理有趨勢(shì)但無(wú)明顯季節(jié)性的時(shí)間序列。

核心案例代碼

我們將使用 ARIMA 模型預(yù)測(cè)一個(gè)包含趨勢(shì)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.tsa.arima.model import ARIMA

# 生成示例數(shù)據(jù):帶有趨勢(shì)的時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=200)
trend = np.linspace(10, 30, 200) # 線(xiàn)性趨勢(shì)
data = trend + np.random.randn(200) * 2 # 疊加噪聲

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame(data, index=dates, columns=['Value'])

# 擬合ARIMA模型 (p=2, d=1, q=2)
model = ARIMA(df['Value'], order=(2, 1, 2))
arima_result = model.fit()

# 預(yù)測(cè)未來(lái)30個(gè)時(shí)間點(diǎn)
forecast = arima_result.get_forecast(steps=30)
forecast_index = pd.date_range(df.index[-1], periods=31, freq='D')[1:]
forecast_values = forecast.predicted_mean

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df.index, df['Value'], label='Observed', color='blue')
plt.plot(forecast_index, forecast_values, label='Forecast', color='green', linestyle='--')
plt.fill_between(forecast_index,
forecast.conf_int().iloc[:, 0],
forecast.conf_int().iloc[:, 1],
color='lightgreen', alpha=0.3)
plt.title('ARIMA Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

使用 ARIMA 模型進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果用綠色虛線(xiàn)表示,預(yù)測(cè)的置信區(qū)間用淺綠色陰影表示。圖中展示了過(guò)去的觀(guān)測(cè)值(藍(lán)色)和未來(lái) 30 天的預(yù)測(cè)值,展示了 ARIMA 模型對(duì)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)能力。

3. 季節(jié)性自回歸積分滑動(dòng)平均模型(SARIMA)

原理

SARIMA 模型是 ARIMA 模型的擴(kuò)展,用于處理具有季節(jié)性成分的時(shí)間序列。SARIMA 模型引入了季節(jié)性成分,通過(guò)增加季節(jié)性自回歸(SAR)、季節(jié)性差分(I)和季節(jié)性移動(dòng)平均(SMA)項(xiàng)來(lái)建模。

核心公式

推導(dǎo)

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

SARIMA 模型適用于具有季節(jié)性波動(dòng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù),如月度銷(xiāo)售數(shù)據(jù)、季節(jié)性氣象數(shù)據(jù)等。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.tsa.statespace.sarimax import SARIMAX

# 生成示例數(shù)據(jù):季節(jié)性時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=120, freq='M')
seasonal_component = 10 + 10 * np.sin(np.linspace(0, 3 * np.pi, 120))
data = seasonal_component + np.random.randn(120) * 2 # 疊加噪聲

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame(data, index=dates, columns=['Value'])

# 擬合SARIMA模型 (p=1, d=1, q=1, P=1, D=1, Q=1, s=12)
model = SARIMAX(df['Value'], order=(1, 1, 1), seasonal_order=(1, 1, 1, 12))
sarima_result = model.fit()

# 預(yù)測(cè)未來(lái)12個(gè)月
forecast = sarima_result.get_forecast(steps=12)
forecast_index = pd.date_range(df.index[-1] + pd.DateOffset(months=1), periods=12, freq='M')
forecast_values = forecast.predicted_mean

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df.index, df['Value'], label='Observed', color='blue')
plt.plot(forecast_index, forecast_values, label='Forecast', color='orange', linestyle='--')
plt.fill_between(forecast_index,
forecast.conf_int().iloc[:, 0],
forecast.conf_int().iloc[:, 1],
color='#FFA07A', alpha=0.3) # 使用有效的顏色代碼
plt.title('SARIMA Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了一個(gè)具有季節(jié)性波動(dòng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)(藍(lán)色)和未來(lái) 12 個(gè)月的預(yù)測(cè)值(橙色虛線(xiàn))。預(yù)測(cè)區(qū)間的置信區(qū)間用淺橙色陰影表示。SARIMA 模型能夠有效捕捉時(shí)間序列中的季節(jié)性模式。

4. 向量自回歸模型(VAR)

原理

VAR 模型用于建模多個(gè)時(shí)間序列變量之間的相互依賴(lài)關(guān)系。與 ARMA 模型只對(duì)單一時(shí)間序列進(jìn)行建模不同,VAR 模型能夠處理多變量時(shí)間序列,捕捉它們之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

核心公式

推導(dǎo)

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

VAR 模型適用于多個(gè)經(jīng)濟(jì)、金融或社會(huì)時(shí)間序列變量的建模與預(yù)測(cè),如宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(GDP、通貨膨脹率、失業(yè)率)之間的關(guān)系分析。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.tsa.api import VAR

# 生成示例數(shù)據(jù):多變量時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=100)
data1 = np.cumsum(np.random.randn(100)) + 50
data2 = np.cumsum(np.random.randn(100)) + 30
data = pd.DataFrame({'Variable1': data1, 'Variable2': data2}, index=dates)

# 擬合VAR模型 (p=2)
model = VAR(data)
var_result = model.fit(2)

# 預(yù)測(cè)未來(lái)10個(gè)時(shí)間點(diǎn)
forecast = var_result.forecast(data.values[-2:], steps=10)
forecast_index = pd.date_range(dates[-1] + pd.DateOffset(days=1), periods=10)
forecast_df = pd.DataFrame(forecast, index=forecast_index, columns=data.columns)

# 可視化
plt.figure(figsize=(14, 7))
plt.plot(data.index, data['Variable1'], label='Variable1 (Observed)', color='blue')
plt.plot(data.index, data['Variable2'], label='Variable2 (Observed)', color='green')
plt.plot(forecast_df.index, forecast_df['Variable1'], label='Variable1 (Forecast)', color='orange', linestyle='--')
plt.plot(forecast_df.index, forecast_df['Variable2'], label='Variable2 (Forecast)', color='red', linestyle='--')
plt.title('VAR Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了兩個(gè)時(shí)間序列變量的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)(藍(lán)色和綠色)以及未來(lái) 10 天的預(yù)測(cè)值(橙色和紅色虛線(xiàn))。VAR 模型能有效捕捉兩個(gè)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

5. 廣義自回歸條件異方差模型(GARCH)

原理

GARCH 模型用于建模時(shí)間序列數(shù)據(jù)的條件異方差性,特別是金融時(shí)間序列數(shù)據(jù)的波動(dòng)性。GARCH 模型擴(kuò)展了 ARCH 模型,通過(guò)引入過(guò)去的方差來(lái)解釋當(dāng)前的方差。

核心公式

推導(dǎo)

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

GARCH 模型廣泛用于金融時(shí)間序列數(shù)據(jù),如股票收益率、匯率等,用于建模和預(yù)測(cè)波動(dòng)性。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from arch import arch_model

# 生成示例數(shù)據(jù):金融時(shí)間序列(收益率)
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=250)
returns = np.random.randn(250) * 0.02 # 生成隨機(jī)收益率數(shù)據(jù)

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame(returns, index=dates, columns=['Returns'])

# 擬合GARCH模型 (p=1, q=1)
model = arch_model(df['Returns'], vol='Garch', p=1, q=1)
garch_result = model.fit()

# 預(yù)測(cè)未來(lái)10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的波動(dòng)性
forecast = garch_result.forecast(horizon=10)
forecast_index = pd.date_range(dates[-1] + pd.DateOffset(days=1), periods=10)
forecast_volatility = forecast.variance.values[-1, :]

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df.index, df['Returns']**2, label='Observed Variance', color='blue')
plt.plot(forecast_index, forecast_volatility, label='Forecasted Volatility', color='red', linestyle='--')
plt.title('GARCH Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Variance')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了實(shí)際的方差(藍(lán)色)和未來(lái) 10 天的預(yù)測(cè)波動(dòng)性(紅色虛線(xiàn))。GARCH 模型能有效捕捉時(shí)間序列中的波動(dòng)性特征。

6. Prophet

原理

Prophet 是由 Facebook 開(kāi)發(fā)的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型,專(zhuān)為處理具有強(qiáng)季節(jié)性、趨勢(shì)變化以及缺失值和異常值的時(shí)間序列數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。它的核心思想是將時(shí)間序列數(shù)據(jù)分解為趨勢(shì)、季節(jié)性和假期效應(yīng)三個(gè)部分。

核心公式

推導(dǎo)

其中P 是季節(jié)周期, K是季節(jié)性頻率的數(shù)量。

3. 假期效應(yīng)

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

Prophet 模型適用于各種具有強(qiáng)季節(jié)性和趨勢(shì)性的數(shù)據(jù),例如零售銷(xiāo)售、網(wǎng)站流量、生產(chǎn)量等。

核心案例代碼

import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from prophet import Prophet # 使用 prophet 替代 fbprophet

# 生成示例數(shù)據(jù):帶有季節(jié)性和趨勢(shì)的時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=365)
data = np.linspace(10, 50, 365) + 10 * np.sin(np.linspace(0, 2 * np.pi, 365)) + np.random.randn(365) * 5

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame({'ds': dates, 'y': data})

# 擬合Prophet模型
model = Prophet(yearly_seasonality=True)
model.fit(df)

# 預(yù)測(cè)未來(lái)30天
future = model.make_future_dataframe(periods=30)
forecast = model.predict(future)

# 可視化
fig = model.plot(forecast)
plt.title('Prophet Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.show()

圖中展示了時(shí)間序列數(shù)據(jù)(黑色點(diǎn))及其預(yù)測(cè)結(jié)果(藍(lán)色線(xiàn))。Prophet 模型能有效捕捉時(shí)間序列中的趨勢(shì)和季節(jié)性成分,并進(jìn)行未來(lái)的預(yù)測(cè)。

7. 長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)

原理

LSTM 是一種特殊類(lèi)型的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN),用于捕捉時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的長(zhǎng)期依賴(lài)關(guān)系。LSTM 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)引入門(mén)控機(jī)制(輸入門(mén)、遺忘門(mén)和輸出門(mén))來(lái)解決標(biāo)準(zhǔn) RNN 中的梯度消失和爆炸問(wèn)題。

核心公式

LSTM 網(wǎng)絡(luò)的核心公式如下:

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

LSTM 模型適用于序列預(yù)測(cè)任務(wù),如股票價(jià)格預(yù)測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from keras.models import Sequential
from keras.layers import LSTM, Dense
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler

# 生成示例數(shù)據(jù):時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=100)
data = np.sin(np.linspace(0, 10, 100)) + np.random.randn(100) * 0.1

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame({'Date': dates, 'Value': data})

# 預(yù)處理數(shù)據(jù)
scaler = MinMaxScaler()
scaled_data = scaler.fit_transform(df[['Value']])
X, y = [], []
for i in range(len(scaled_data) - 10):
X.append(scaled_data[i:i+10])
y.append(scaled_data[i+10])
X, y = np.array(X), np.array(y)

# 構(gòu)建LSTM模型
model = Sequential()
model.add(LSTM(50, input_shape=(X.shape[1], X.shape[2])))
model.add(Dense(1))
model.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error')

# 訓(xùn)練模型
model.fit(X, y, epochs=20, verbose=1)

# 預(yù)測(cè)
predicted = model.predict(X)
predicted = scaler.inverse_transform(predicted)
actual = scaler.inverse_transform(y.reshape(-1, 1))

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df['Date'][10:], actual, label='Actual', color='blue')
plt.plot(df['Date'][10:], predicted, label='Predicted', color='red', linestyle='--')
plt.title('LSTM Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了 LSTM 模型的預(yù)測(cè)結(jié)果(紅色虛線(xiàn))與實(shí)際數(shù)據(jù)(藍(lán)色)。LSTM 能夠捕捉時(shí)間序列的長(zhǎng)期依賴(lài)特征并進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

8. 門(mén)控循環(huán)單元(GRU)

原理

GRU 是另一種改進(jìn)的 RNN 結(jié)構(gòu),旨在克服標(biāo)準(zhǔn) RNN 的梯度消失問(wèn)題。GRU 相較于 LSTM 具有更簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu),只使用了重置門(mén)和更新門(mén)來(lái)控制信息的流動(dòng)。

核心公式

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

GRU 模型適用于需要捕捉長(zhǎng)期依賴(lài)關(guān)系的時(shí)間序列預(yù)測(cè)任務(wù),如時(shí)間序列預(yù)測(cè)、自然語(yǔ)言處理等。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from keras.models import Sequential
from keras.layers import GRU, Dense
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler

# 生成示例數(shù)據(jù):時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=100)
data = np.sin(np.linspace(0, 10, 100)) + np.random.randn(100) * 0.1

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame({'Date': dates, 'Value': data})

# 預(yù)處理數(shù)據(jù)
scaler = MinMaxScaler()
scaled_data = scaler.fit_transform(df[['Value']])
X, y = [], []
for i in range(len(scaled_data) - 10):
X.append(scaled_data[i:i+10])
y.append(scaled_data[i+10])
X, y = np.array(X), np.array(y)

# 構(gòu)建GRU模型
model = Sequential()
model.add(GRU(50, input_shape=(X.shape[1], X.shape[2])))
model.add(Dense(1))
model.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error')

# 訓(xùn)練模型
model.fit(X, y, epochs=20, verbose=1)

# 預(yù)測(cè)
predicted = model.predict(X)
predicted = scaler.inverse_transform(predicted)
actual = scaler.inverse_transform(y.reshape(-1, 1))

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df['Date'][10:], actual, label='Actual', color='blue')
plt.plot(df['Date'][10:], predicted, label='Predicted', color='red', linestyle='--')
plt.title('GRU Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了 GRU 模型的預(yù)測(cè)結(jié)果(紅色虛線(xiàn))與實(shí)際數(shù)據(jù)(藍(lán)色)。GRU 能夠有效處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)測(cè)。

9. 貝葉斯結(jié)構(gòu)時(shí)間序列模型(BSTS)

原理

BSTS 模型是基于貝葉斯框架的時(shí)間序列建模方法,它允許對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的趨勢(shì)、季節(jié)性和假期效應(yīng)進(jìn)行建模。BSTS 模型結(jié)合了結(jié)構(gòu)時(shí)間序列模型和貝葉斯推斷方法,以提供靈活的建模能力。

核心公式

推導(dǎo)

  1. 趨勢(shì): 使用隨機(jī)游走模型或加法趨勢(shì)模型。
  2. 季節(jié)性: 建模季節(jié)性波動(dòng)。
  3. 假期效應(yīng): 通過(guò)特定的假期效應(yīng)模型引入。

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

BSTS 模型適用于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的時(shí)間序列數(shù)據(jù),如業(yè)務(wù)銷(xiāo)售數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)等。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpyro
from bsts import BSTS
import jax
import jax.numpy as jnp

# 確認(rèn)可用設(shè)備數(shù)量
print(f"Number of available devices: {jax.local_device_count()}")

# 設(shè)置主機(jī)設(shè)備數(shù)量(根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)
numpyro.set_host_device_count(1) # 設(shè)置為實(shí)際可用的設(shè)備數(shù)量

# 生成示例數(shù)據(jù)
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=365)
data = np.linspace(10, 50, 365) + 10 * np.sin(np.linspace(0, 2 * np.pi, 365)) + np.random.randn(365) * 5
df = pd.DataFrame({'Date': dates, 'Value': data})

# 確保數(shù)據(jù)格式正確
values = np.asarray(df['Value'], dtype=np.float32)

# 初始化 BSTS 模型
model = BSTS(values)

# 擬合模型
model.fit(values)

# 預(yù)測(cè)未來(lái)30天
forecast = model.predict(steps=30)

# 生成未來(lái)日期
forecast_index = pd.date_range(dates[-1] + pd.DateOffset(days=1), periods=30)
forecast_values = forecast['mean'] # 根據(jù)實(shí)際返回值的結(jié)構(gòu)調(diào)整

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df['Date'], df['Value'], label='Observed', color='blue')
plt.plot(forecast_index, forecast_values, label='Forecast', color='red', linestyle='--')
plt.title('BSTS Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了時(shí)間序列數(shù)據(jù)(藍(lán)色)及其預(yù)測(cè)結(jié)果(紅色虛線(xiàn))。BSTS 模型能夠捕捉時(shí)間序列的復(fù)雜成分并進(jìn)行預(yù)測(cè)。

10. 序列到序列模型(Seq2Seq)

原理

Seq2Seq 模型是一種深度學(xué)習(xí)模型,用于處理序列到序列的任務(wù),如機(jī)器翻譯和時(shí)間序列預(yù)測(cè)。Seq2Seq 模型通常由一個(gè)編碼器和一個(gè)解碼器組成,其中編碼器處理輸入序列,解碼器生成輸出序列。

核心公式

Seq2Seq 模型的核心公式包括編碼器和解碼器:

優(yōu)缺點(diǎn)

適用場(chǎng)景

Seq2Seq 模型適用于需要進(jìn)行序列轉(zhuǎn)換的任務(wù),如時(shí)間序列預(yù)測(cè)、自然語(yǔ)言處理等。

核心案例代碼

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from keras.models import Sequential
from keras.layers import LSTM, Dense
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler

# 生成示例數(shù)據(jù):時(shí)間序列
np.random.seed(42)
dates = pd.date_range('2024-01-01', periods=100)
data = np.sin(np.linspace(0, 10, 100)) + np.random.randn(100) * 0.1

# 創(chuàng)建DataFrame
df = pd.DataFrame({'Date': dates, 'Value': data})

# 預(yù)處理數(shù)據(jù)
scaler = MinMaxScaler()
scaled_data = scaler.fit_transform(df[['Value']])
X, y = [], []
for i in range(len(scaled_data) - 10):
X.append(scaled_data[i:i+10])
y.append(scaled_data[i+10])
X, y = np.array(X), np.array(y)

# 構(gòu)建Seq2Seq模型
model = Sequential()
model.add(LSTM(50, input_shape=(X.shape[1], X.shape[2])))
model.add(Dense(1))
model.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error')

# 訓(xùn)練模型
model.fit(X, y, epochs=20, verbose=1)

# 預(yù)測(cè)
predicted = model.predict(X)
predicted = scaler.inverse_transform(predicted)
actual = scaler.inverse_transform(y.reshape(-1, 1))

# 可視化
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(df['Date'][10:], actual, label='Actual', color='blue')
plt.plot(df['Date'][10:], predicted, label='Predicted', color='red', linestyle='--')
plt.title('Seq2Seq Model Forecast')
plt.xlabel('Date')
plt.ylabel('Value')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

圖中展示了 Seq2Seq 模型的預(yù)測(cè)結(jié)果(紅色虛線(xiàn))與實(shí)際數(shù)據(jù)(藍(lán)色)。Seq2Seq 模型能有效進(jìn)行時(shí)間序列的預(yù)測(cè)任務(wù)。

文章轉(zhuǎn)自微信公眾號(hào)@深夜努力寫(xiě)Python

上一篇:

十大回歸算法模型 最強(qiáng)總結(jié) !!

下一篇:

選擇最佳模型,輕松上手 GBDT、LightGBM、XGBoost、AdaBoost ?。?/h5>
#你可能也喜歡這些API文章!

我們有何不同?

API服務(wù)商零注冊(cè)

多API并行試用

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)選型,提升決策效率

查看全部API→
??

熱門(mén)場(chǎng)景實(shí)測(cè),選對(duì)API

#AI文本生成大模型API

對(duì)比大模型API的內(nèi)容創(chuàng)意新穎性、情感共鳴力、商業(yè)轉(zhuǎn)化潛力

25個(gè)渠道
一鍵對(duì)比試用API 限時(shí)免費(fèi)

#AI深度推理大模型API

對(duì)比大模型API的邏輯推理準(zhǔn)確性、分析深度、可視化建議合理性

10個(gè)渠道
一鍵對(duì)比試用API 限時(shí)免費(fèi)