Matlab實現時間序列預測分類實例代碼

Matlab從2010b版本以後,神經網絡工具箱已經升級為7.0,功能大大加強。在之前的版本做時間預測是比較麻煩操作的,MathWorks公司對時間序列預測做瞭詳細的解決,跑模型非常簡便。

下面通過一個例子演示在Matlab實現時間序列預測。

一、數據準備

極客范兒在夏天吹電扇的體溫變化

時間 風速 溫度
0 1 37.21405
0.12457 1.01 37.26016
0.24915 1.02 37.26324
0.37373 1.03 37.31242
0.4983 1.04 37.3155
0.62258 1.05 37.36468
0.74745 1.06 37.36776
0.87203 1.07 37.41694
0.99661 1.08 37.42002
% 原始數據讀入到Matlab中
rawData=xlsread('time_series_data.xlsx','sheet1','A2:C52);
% 第一列時間,第二列風速,第三列溫度
% yt第三列
y_t=rawData(:,3);
% xt第二列
x_t=rawData(:,2);

二、時間序列預測分類

時間序列預測分為三類:

1、輸入為xt,輸出是yt

即有過去的輸入xt,也有過去的輸出yt,同時當前的輸出不僅依賴於過去的輸入,也同時依賴於過去的輸出

過去時間段溫度的變化,預測將來某個時間溫度的變化,這種情況就是隻有過去的輸出

%   x_t - 時間序列輸入
%   y_t - 反饋時間序列

X = tonndata(x_t,false,false);
T = tonndata(y_t,false,false);

% 選擇訓練功能
% 'trainlm'通常是最快
% 'trainbr'耗時較長,但可能更適合解決挑戰性的問題
% 'trainscg'使用更少的內存。適用於低內存情況
trainFcn = 'trainlm';  % Levenberg-Marquardt反向傳播

% 創建一個非線性自回歸網絡
feedbackDelays = 1:6;
hiddenLayerSize = 20;
net = narnet(feedbackDelays,hiddenLayerSize,'open',trainFcn);

% 為訓練和模擬準備數據
% PREPARETS函數為特定網絡準備時間序列數據
% 移動時間的最小量,以聲明填充輸入狀態和層
% 使用PREPARETS允許保留原始的時間序列數據不變,同時輕松定制它的網絡與不同
% 具有開環或閉環反饋模式的延遲數
[x,xi,ai,t] = preparets(net,{},{},T);

% 建立訓練,驗證,測試的數據
net.divideParam.trainRatio = 70/100;
net.divideParam.valRatio = 15/100;
net.divideParam.testRatio = 15/100;

% 訓練靜態神經網絡 
[net,tr] = train(net,x,t,xi,ai);

% 測試神經網絡
y = net(x,xi,ai);
e = gsubtract(t,y);
performance = perform(net,t,y)

% 查看神經網絡
view(net)

% Plots
% Uncomment these lines to enable various plots.
%figure, plotperform(tr)
%figure, plottrainstate(tr)
%figure, ploterrhist(e)
%figure, plotregression(t,y)
%figure, plotresponse(t,y)
%figure, ploterrcorr(e)
%figure, plotinerrcorr(x,e)

% 提前預測網絡
% 利用該網絡進行多步預測
% CLOSELOOP函數將反饋輸入替換為直接輸入
% 從外部層連接
nets = removedelay(net);
nets.name = [net.name ' - Predict One Step Ahead'];
view(netc)
[xs,xis,ais,ts] = preparets(nets,X,{},T);
ys = nets(xs,xis,ais);
stepAheadPerformance = perform(nets,ts,ys)

2、有x值,有y值:NARX

隻有過去的輸出

如果給環境加一個風扇,這時候有瞭風速,過去時間風速在改變,同時也在影響溫度的改變

Matlab現在提供時間序列預測工具箱,可以在圖形界面上進行調參選擇,使用命令ntstool打開時間序列預測工具箱

類似股票的模型,隻知道早上9:30開市到11:30的股票行情,預測11:30之後的股票行情,不考慮任何的輸入

(1)選擇模型類型

tool-001

(2)選擇輸出,隻有y_t

tool-002

(3)選擇70%用來作為訓練數據,15%用來作為驗證使用,15%用來測試

tool-003

(4)選擇delay

tool-004

(5)開始訓練

tool-005

(6)得到參數

tool-006
tool-007

(7)將神經網絡導出代碼

tool-008

3、無x,有y值:NAR

沒有線性的輸入輸出,很少遇到這種情況

三、總結

Matlab從2010b版本以後,使用圖形界面訓練網絡調參,生成的代碼與手敲的功能無異,Matlab時間序列預測工具箱實用而且好用。

到此這篇關於Matlab實現時間序列預測分類的文章就介紹到這瞭,更多相關Matlab時間序列預測內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!

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