【多变量输入单步预测】基于鱼鹰优化算法OOA-CNN-BiLSTM-Attention的风电功率预测研究Matlab代码

### 模型结构与实现 基于鲸鱼优化算法(WOA)优化CNN-BiLSTM-Attention模型是一种结合多种深度学习技术与智能优化算法电功率预测方法。该模型通过多变量输入进行单步预测,能够有效提升预测精度和稳定性。 #### 数据预处理 在电功率预测中,首先需要对原始数据进行预处理,包括缺失值填充、归一化处理以及特征选择等步骤。通常使用`MinMaxScaler`或`StandardScaler`将数据标准化到[0,1]或[-1,1]区间,以提高模型训练的收敛速度[^1]。 ```matlab % 数据归一化示例 data = xlsread('wind_power_data.xlsx'); % 读取原始数据 scaledData = (data - min(data)) / (max(data) - min(data)); % Min-Max 标准化 ``` #### CNN层 卷积神经网络(CNN)用于提取时间序列数据中的局部特征。通过设置多个卷积核和池化层,可以捕捉速、温度等变量的时间相关性。 ```matlab layers = [ sequenceInputLayer(inputSize) convolution1dLayer(filterSize, numFilters) reluLayer() maxPooling1dLayer(poolSize, 'Stride', stride) ]; ``` #### BiLSTM层 双向长短时记忆网络(BiLSTM)能够同时处理正向和反向的时间序列信息,从而更好地捕捉长期依赖关系。该层对于电功率预测至关重要,因为它能有效建模速等变量的历史变化趋势[^1]。 ```matlab layers = [ bidirectionalLSTMLayer(hiddenUnits, 'OutputMode', 'sequence') ]; ``` #### Attention机制 注意力机制(Attention)用于动态调整不同时间步长的权重,突出关键时间段的信息。在Matlab中可以通过自定义函数实现软注意力机制,增强模型对重要特征的关注度。 ```matlab % 注意力机制伪代码示意 attentionWeights = softmax(W * tanh(V * lstmOutput)); contextVector = attentionWeights' * lstmOutput; ``` #### WOA优化 鲸鱼优化算法(WOA)通过模拟鲸鱼捕食行为来寻找全局最优解。在模型优化过程中,WOA用于调整CNN-BiLSTM-Attention模型的超参数,如学习率、卷积核大小、隐藏单元数等,从而提升预测性能[^1]。 ```matlab % WOA参数初始化 lb = [minLearningRate, minFilterSize, minHiddenUnits]; % 下界 ub = [maxLearningRate, maxFilterSize, maxHiddenUnits]; % 上界 dim = length(lb); % 参数维度 SearchAgents_no = 30; % 种群数量 Max_iter = 100; % 迭代次数 % 调用WOA算法优化模型参数 [best_pos, best_score] = WOA(@(params)objectiveFunction, dim, lb, ub, SearchAgents_no, Max_iter); ``` #### 模型训练与评估 在Matlab中,使用`trainNetwork`函数训练模型,并采用均方误差(MSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)等指标评估模型性能。 ```matlab options = trainingOptions('adam', ... 'MaxEpochs', 100, ... 'MiniBatchSize', 32, ... 'InitialLearnRate', best_pos(1), ... 'Plots', 'training-progress'); net = trainNetwork(XTrain, YTrain, layers, options); YPred = predict(net, XTest); mse = mean((YPred - YTest).^2); % 计算MSE mape = mean(abs((YPred - YTest)./YTest)) * 100; % 计算MAPE ``` ###
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