【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

基于LSTM+FCN处理多变量时间序列问题记录 本文将现有的单变量时间序列分类模型即长短时记忆全卷积网络(LSTM-FCN)和注意力LSTM-FCN(ALSTM-FCN)转换为多变量时间序列分类模型,通过在全卷积块上增加一个 Squeeze-and-Excitation Block来进一步提高分类精度。下面是文档阅读和程序运行时积累的相关笔记。 阅读详情

目录

前言

1. 课题背景和意义

2. 主要技术思路

2.1 数据集

2.2 算法理论技术

2.3 技术细节

最后


前言

       📅大四是整个大学期间最忙碌的时光,一边要忙着备考或实习为毕业后面临的就业升学做准备,一边要为毕业设计耗费大量精力。近几年各个学校要求的毕设项目越来越难,有不少课题是研究生级别难度的,对本科同学来说是充满挑战。为帮助大家顺利通过和节省时间与精力投入到更重要的就业和考试中去,学长分享优质的选题经验和毕设项目与技术思路。

        🚀对毕设有任何疑问都可以问学长哦!

         选题指导:

        最新最全计算机专业毕设选题精选推荐汇总

        大家好,这里是海浪学长毕设专题,本次分享的课题是

        🎯深度学习的气温和降雨关联预测算法研究

1. 课题背景和意义

        天气对于工农业生产和人们的日常生活有着重要影响,因此准确预测未来天气状况具有重要意义。传统的天气预测方法包括雷达探测、卫星观测和神经网络方法,但传统的神经网络方法存在层数较浅、只能预测一个天气数值等限制。为了实现多天气数值预测和提高预测精度,需要提出一种能够提取深度特征且具有高预测精度的神经网络模型。

2. 主要技术思路

        传统的天气预测方法在预测精度和多值预测方面存在限制,因此ALSTM模型集成了多种机制,包括LSTM、Attention和Dropout等,以提高预测精度和实现对多个天气要素的预测。该算法首先对原始数据进行归一化处理,然后利用这些处理后的数据来训练ALSTM模型,最终得到一个训练好的模型。

2.1 数据集

        由于网络上没有现有的合适数据集,我决定自行收集数据并创建一个全新的数据集,用于进行气温和降雨量关联分析的研究。我选择了进行网络爬取来收集相关数据。这个自制的数据集包含了各个地点的气温和降雨量数据,以及与之相关的其他气象信息。通过网络爬取气象网站、天气预报网站或其他专业气象数据网站的数据,我能够获取到大量的气温和降雨量数据。同时,我也会收集到与气象信息相关的其他数据,例如日期、时间、地点等。

2.2 算法理论技术

 

  • RNN

        循环神经网络(RNN)是一种特殊的递归神经网络结构,也是深度学习中的一种算法。在RNN中,所有节点按照链式方式连接在一起,并沿着输入序列数据的演进方向进行递归操作。RNN非常适用于处理文本、时间序列和音视频等时序数据,并可以深入挖掘这些序列数据中的时序和语义信息。在机器学习领域,由于递归时序反向传播算法(RTRL)和反向传播算法的良好性能,研究人员通常将它们作为RNN学习的主要方法。

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

        反向传播算法(BPTT)最初是用于前馈神经网络,后来被推广应用于循环神经网络。BPTT的处理过程如下:首先展开RNN的链式结构,使每个循环单元对应一个网络层,每个层的计算方式与BP框架的计算相同。权重的梯度是通过对每个层的梯度求和得到的。 

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

  • LSTM

        长短期记忆网络(LSTM,Long Short-Term Memory)是一种特殊的循环神经网络(RNN),被提出来解决一般RNN在处理长期依赖问题上的不足。

        LSTM是RNN的一种特定形式,而RNN是一系列能够对顺序数据进行建模的神经网络的简称。一般的RNN具有以下特点:
a)每个隐层单元之间存在循环连接,能够在下一个时间步产生输出。
b)当前时间步的输入仅与下一个时间步的隐层单元连接。
c)所有隐层单元形成循环连接结构,可以处理输入数据并生成单一的输出预测。

        通过这些门机制,LSTM能够有效地处理长期依赖问题,使得网络能够更好地捕捉和记忆序列数据中的重要信息。

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

  • Attention

        注意力机制在认知科学中是一种信息处理的方式,人类会有选择性地对接收到的信息进行筛选,只关注其中的一部分并进行放大处理。这种机制类似于人眼在视觉处理中的方式,人眼会集中注意力在视野中的特定区域,忽略其他可见的信息。在视觉处理和语言处理中,某些特定的信息可能对判断和推理更有帮助,而循环神经网络 (RNN) 在处理输入序列时可能会忽略掉某些重要因素。引入注意力机制可以使得模型更关注输入序列中更重要的因素,并分配更多的处理资源给这些部分,从而提升模型的表达能力和预测性能。

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

        在自然语言处理中,注意力机制常用于机器翻译任务。传统的机器翻译模型(如编码-解码模型)通常将整个输入序列编码为一个固定长度的向量,然后再解码生成目标语言序列。而注意力机制允许模型在解码的每一个时间步关注输入序列的不同部分,根据当前解码的上下文动态地分配不同部分的权重,从而更准确地生成对应的翻译结果。

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

2.3 技术细节

  • Attention 和 LSTM

        天气预测的多值关联预测模型:在训练开始时,天气数据通过输入层同时进入两个分支,分别用于预测空气温度和降雨。其中,空气温度的预测结果被作为预测降雨的输入参数,从而建立了两个任务之间的关联。这种设计使得模型能够在预测降雨时综合考虑到空气温度的影响,从而提高预测的准确性。通过将空气温度作为输入参数传递给降雨预测分支,模型能够捕捉到空气温度与降雨之间的潜在关联关系。因为在实际情况中,空气温度通常会对降雨的概率和强度产生影响。通过这种多值关联预测的方式,模型可以更好地利用输入数据中的相关信息,从而生成更准确的天气预测结果。

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

        Adam优化算法是一种用于训练深度学习模型的优化算法,它结合了梯度的一阶矩估计和二阶矩估计,具有自适应学习率和快速收敛的特点。它通过计算参数的梯度的指数移动平均值来更新模型参数,并使用偏差校正来修正初始阶段的估计偏差。Adam算法的优势在于对不同参数进行不同程度的调整,减少了超参数的敏感性,提高了训练的效率和稳定性。

【毕业设计】 深度学习的气温和降雨关联预测算法研究 LSTM

相关代码示例:

import numpy as np
import pandas as pd
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense, Dropout

# 1. 准备数据
# 加载和预处理数据集
# 例如: temperature_data, rainfall_data = load_dataset()

# 数据预处理和特征工程
# 例如: X_train, y_train, X_test, y_test = preprocess_data(temperature_data, rainfall_data)

# 2. 构建模型
model = Sequential()
model.add(LSTM(units=64, input_shape=(timesteps, features)))
model.add(Dropout(0.2))
model.add(Dense(units=1, activation='linear'))

# 3. 编译模型
model.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error')

# 4. 模型训练
model.fit(X_train, y_train, epochs=10, batch_size=32)

# 5. 模型评估
mse = model.evaluate(X_test, y_test)

# 6. 使用模型进行预测
y_pred = model.predict(X_test)

# 可以根据需要对预测结果进行后处理和可视化
# 例如:visualize_predictions(y_test, y_pred)

海浪学长项目示例:

最后

创作不易,欢迎点赞、关注、收藏。

毕设帮助,疑难解答,欢迎打扰!

销售预测不是数学题:端到端业务理解驱动的机器学习实践 销售预测本质上是将业务决策逻辑转化为可计算信号的过程,其核心不在算法复杂度,而在于对销售漏斗、促销力场、地理围栏、气候响应等真实驱动因子的系统性建模。Machine Learning 提供了从高维异构数据中提取规律的技术能力,但只有建立在 End-to-End Understanding 基础上——即贯通需求定义、数据契约、特征共识与决策落地的全链条——模型输出才能真正支撑补货、排产、预算等关键业务动作。本文聚焦快消、零售、B2B等典型场景,解析如何识别幽灵销量、构建业务日历、解构促销四力场,并以可交付Pi 阅读详情

相关推荐

【深度学习——天气预测】

深度学习,神经网络,天气预测

qq_45786199的博客 4624

采用 ALSTM 模型的温度和降雨关联预测研究论文学习记录

Attention 模型最初被用于机器翻译,现在已被广泛运用于机器学习以及和许多神经网络模型相结合中。简单的说,注意力机制类似于人去看一个图画,注意力往往会根据个人喜好的不同而对图画中某一区域,注入更多的注意力,即更倾向于关注图像中的部分重要信息。在 RNN 中,结合注意力机制可以使某些重要的因素更容易被捕获,数据内部逻辑结构的相关性也更容易被建模起来,这解决了因为处理长序列输入而导致等待时间过久,权重分配不当的问题,从而提高预测性能。传统编码器 解码器结构 如图 2 所示。

pengxiang1998的博客 1966

深度学习:基于人工神经网络ANN的降雨预测

降雨预测是对人类社会有重大影响的困难和不确定任务之一。及时准确的预测可以主动帮助减少人员和经济损失。本研究介绍了一组实验,其中涉及使用常见的神经网络技术创建模型,根据澳大利亚主要城市当天的天气数据预测明天是否会下雨。

时序笔记 2083

为了更精确的情感识别,A-LSTM 出现了

小叽导读:长短期记忆网络(LSTM)隐含了这样一个假设,本层的现时状态依赖于前一时刻的状态。这种“一步”的时间依赖性,可能会限制LSTM对于序列信号动态特性的建模。本篇论文中,针对这样的一个问题,我们提出了高级长短期记忆网络(advancedLSTM (A-LSTM)),利用线性组合,将若干时间点的本层状态都结合起来,以打破传统LSTM的这种局限性。...

测试0901-1 1547

LSTM时间序列预测案例实战 天气降水量预测

LSTM时间序列预测案例实战 天气降水量预测

1849

IQA图像质量评价 数据集介绍(LIVE、TID2013、CSIQ、LIVEC、KonIQ-10K)

LIVE、TID2013、CSIQ、LIVEC、KonIQ-10K 数据集介绍

qq_37925923的博客 1万+

长短期记忆网络(lstm)_利用长期短期记忆lstm网络中的隐藏向量进行股票交易预测...

长短期记忆网络(lstm)On this article we explain the second of the three novel contributions behind the paper “High-performance stock index trading using neural networks and trees”, which achieves very strong ...

weixin_26720761的博客 1628

手把手教你设计T型和Π型衰减器:从分贝计算到电阻选型全攻略

本文提供了一份T型和Π型衰减器的详细设计指南,涵盖从分贝计算到电阻选型的全过程。文章以50欧姆系统为例,通过公式推导和实例演示,手把手教你计算两种经典拓扑的电阻值,并深入探讨了电阻选型、误差控制及高频应用等关键实践技巧,帮助工程师和爱好者精准实现信号衰减与阻抗匹配。

blue42的博客 1334

计算机毕业设计hadoop+spark+hive天气预测 天气可视化 大数据毕业设计(源码+LW文档+PPT+讲解)

计算机毕业设计hadoop+spark+hive天气预测 天气可视化 大数据毕业设计(源码+LW文档+PPT+讲解)

全网计算机/大数据辅导(自媒体)道祖第一人、全网粉丝100W+,专注于大学生项目实战开发,讲解,毕业答疑辅导,高校老师/讲师/同行合作。以及产品测评宣传、工具推广等合作。同时招收学生代理、校园代理。 1117

从收音机到Arduino:手把手教你用BJT三极管搭建一个简易音频放大器(附电路图与元件清单)

本文详细介绍了如何使用BJT三极管搭建简易音频放大器,涵盖电路原理、元件选择、设计步骤及调试技巧。通过实践项目帮助电子爱好者深入理解BJT的放大特性,并提供与Arduino结合的扩展应用方案,适合创客和DIY玩家。

aitie1479的博客 440

Nestjs框架: 集成 Prisma

NestJS官方文档提供了两种数据库相关的内容:Techniques下的数据库板块和Recipes下的具体数据库集成方案。本文以Prisma为例,演示了如何集成Prisma到NestJS项目中。首先创建NestJS项目并安装Prisma,配置MySQL数据库连接。通过Prisma CLI初始化项目、定义数据模型并生成迁移文件。接着创建Prisma模块和服务,配置Prisma客户端连接数据库。最后在控制器中注入PrismaService实现数据查询。整个过程包含了Docker启动MySQL、Prisma模型定

Wang的专栏 1293

【负荷预测】基于CNN-BiLSTM-Attention的负荷预测研究附Python代码

针对电力负荷序列强时序非线性、多变量耦合干扰导致的传统预测方法精度不足的行业痛点,本研究构建一套融合卷积神经网络(CNN)局部特征提取、双向长短期记忆网络(BiLSTM)长程时序依赖捕捉与注意力机制(Attention)自适应特征加权的短期电力负荷预测框架。

qq_59747472的博客 168

SRAM compiler中Power Gating与Retention的实战配置指南

本文深入解析了在SRAM compiler中配置Power Gating(电源门控)与Retention(数据保持)功能的实战指南。针对低功耗芯片设计,文章详细阐述了如何根据应用场景(如移动AP、IoT设备)权衡开关类型、尺寸、唤醒时序以及保持电压,以实现静态功耗优化与数据可靠性的最佳平衡,并强调了后端实现与签核检查的关键要点。

weixin_29204121的博客 296

Transformer这么火,LSTM这种“老古董”还有什么可研究的?

LSTM作为一个被充分验证的、高效的问题解决工具,在Transformer爆火的现在,仍然是我们发论文的好选择。当然,单纯“刷点”的LSTM论文确实难发了,但如果将LSTM视为一个强大的基础模块,用于解决实际问题,那空间就非常广阔了,而且这样更容易落地,工业界相当喜欢。鉴于此,目前LSTM研究的技术路径主要有四类:内部魔改型、结构增强型、机制融合型、新兴架构结合型。为帮助大家更好的上手,我整理了126篇LSTM前沿论文。

学姐带你玩AI的博客 1032

智能车图像处理11-进阶篇3--中线累积差值的统计

中线累积差值的统计在后面判断小S,以及长直道的时候都有用到,关键点在于中线的跳变 第12 - 13 行:comulants1 和comlants2代表的是两种不同的累差,取的行数不同 第14-17 行:comulants2取6到25行,其实就是My_Abs(LCenter[i], LCenter[i - 1])的累加 第18-21 行:comulants1去第1到40行 第27- 行: 计算了一下右线的开始于最终结束行,这里判断R_black是否为0,是和中线的提取中g

taiyuezyh的博客 3827

Lammps实现结冰匀相成核

Lammps实现结冰匀相成核

Rockyoung 3846

厉害了,LSTM+Transformer王炸创新,精准度又高了!

【LSTM+Transformer】作为一种混合深度学习模型,近年来在学术界和工业界都受到了极大的关注。它巧妙地融合了长短期记忆网络(LSTM)在处理时序数据方面的专长和Transformer在捕捉长距离依赖关系上的优势,从而在文本生成、机器翻译、时间序列预测等多个领域取得了突破性的进展。这种创新的结合不仅提升了模型的预测精度,还优化了性能和训练效率,使其在序列分析任务中展现出卓越的能力。

1814

机器人控制仿真软件:MATLAB Simulink Control System Toolbox_(1).MATLAB基础知识

MATLAB(Matrix Laboratory)是由MathWorks公司开发的一种高性能数值计算和可视化软件。它广泛应用于科学计算、工程设计、信号处理、控制系统设计、图像处理等领域。强大的矩阵运算能力:MATLAB的核心是矩阵运算,能够高效处理大规模的数值数据。丰富的工具箱:MATLAB提供了大量的工具箱,如Control System Toolbox、Simulink、Signal Processing Toolbox等,这些工具箱覆盖了多个应用领域。易于使用的图形界面。

kkchenjj的博客 906

【机器学习】Can We Predict Australian Rainfall?建立LSTM模型预测澳大利亚平均降雨量

重要性分数,衡量了特征在模型中的提升决策树构建中的价值:一个属性越多的被用来在模型中构建决策树,它的重要性就相对越高。所要求的特征内在顺序的限制,并且经过独热编码后,特征变成稀疏的了,这有两个好处:解决了分类器不好处理属性数据的问题;Ordinal Encoding是最简单的一种思路,对于一个具有m个类别的特征 ,我们将其对应地映射到 [0,m−1] 的整数。LabelEncoder() 用于标签编码,而数据的标签一般只有一维,所以其编码的数据维度应为 (n_samples,)。可以使用前面的时间步(

m0_53700832的博客 1820

温度PID控制PLC程序

温度PID稳定控制程序,适用于欧姆龙PLC,对其他PLC也具有很大参考价值

jre9下载 jdk9

(Java SE Runtime Environment 9.0) 9.0u175 官方最新版 【x86|x64】

rain-nowcasting-using-deep-learning github:使用深度学习进行临近降水预报

用于训练网络的数据是MeteoNet数据库(https://meteonet.umr-cnrm.fr/),该数据库提供了2016年至2018年法国境内的气象参数,关于预处理的详细信息请参见论文。雨和风的预处理数据可以直接在https://www-pequan.lip6.fr/~bereziat/rain-nowcasting/data.tar.gz(数据通过./setup.sh下载)。首先要确保满足requirements.txt中指定的要求,然后下载数据和补丁,最后你可以调整训练参数来影响训练过程。

像初雪一样自由洒落 1541

假人有限元模型

假人模型,车辆碰撞假人有限元模型,适合做乘员安全的研究者利用

毕业设计之气象数据分析预测系统

采用python+flask+机器学习+echarts数据为爬虫定时爬取的天气信息天气预测采用了机器学习的线性回归模型。

qq_54886682的博客 818

LinePhone3.2.7(android端最新版本) sip客户端

SIP客户端For android:LinePhone3.2.7(最新版本),官网地址:http://www.linphone.org/

毕业设计:基于Python的昆明天气数据可视化系统

毕业设计:基于Python的昆明天气数据可视化系统为计算机毕业设计提供了一个创新的方向,结合了Python编程语言和数据可视化技术,为毕业生提供了一个有意义的研究课题。对于计算机专业、软件工程专业、人工智能专业、大数据专业的毕业生而言,提供了一个具有挑战性和创新性的研究课题。无论您对Python编程保持浓厚兴趣,还是希望探索数据可视化、图表绘制或气象数据分析的领域的同学,能为您提供灵感和指导。该系统通过Python编程语言和相关的数据可视化库,实现了对昆明地区天气数据的获取、处理和可视化展示。

2301_79555157的博客 1628
上一篇: 毕业设计:基于机器视觉的微生物图像分类 YOLO
下一篇: 2024年 最新目标检测方向毕业设计选题推荐
Mini_hailang_IT
博客等级 码龄9年 5936粉丝 640原创
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付:10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值