[LSTM学习笔记3]Models for Sequence Prediction

1.one-to-one model

应用场景如:给定一个词预测下一个词
可以使用类似代码:

model = Sequential()  
model.add(LSTM(..., input_shape=(1, ...)))  
model.add(Dense(1))

2.one-to-many model
应用场景如:从单张图片预测词语序列,从单个时间预测一系列的观察值

图片标记使用CNN和LSTM进行,代码示例:

model = Sequential()   
model.add(Conv2D(...))  
...  
model.add(LSTM(...))  
model.add(TimeDistributed(Dense(1)))

3.many-to-one model
应用场景如情感分析等输入句子预测情感分类标签

代码示例:

model = Sequential()  
model.add(LSTM(..., input_shape=(steps, ...)))  
model.add(Dense(1))

4.many-to-many model 应用场景如:seq2seq

当输入和输出的time steps相同时,LSTM需要返回每一个time step的值而不只是最终值:

model = Sequential()  
model.add(LSTM(..., input_shape=(steps, ...), return_sequences=True))  
model.add(TimeDistributed(Dense(1)))

当输入和输出time steps不等时,类似encoder-decoder

model = Sequential()  
model.add(LSTM(..., input_shape=(in_steps, ...)))  
model.add(RepeatVector(out_steps))  
model.add(LSTM(..., return_sequences=True))  
model.add(TimeDistributed(Dense(1))
### 使用LSTM神经网络进行地质学中的矿物预测 长期短期记忆(LSTM)是一种特殊的循环神经网络(RNN),能够处理和预测时间序列数据中的重要特征[^1]。在地质学领域,通过分析历史数据来预测矿产资源的位置和特性具有重要意义。 #### 数据预处理 为了使模型有效工作,在训练之前需要对原始数据集执行一系列操作: - 清洗:去除异常值并填补缺失的数据点。 - 归一化/标准化:调整数值范围以便更好地适应激活函数的要求。 - 特征工程:创建有助于提高性能的新属性或转换现有变量。 ```python from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler import numpy as np def preprocess_data(data): scaler = MinMaxScaler(feature_range=(0, 1)) scaled_data = scaler.fit_transform(data) X_train, y_train = [], [] for i in range(60,len(scaled_data)): X_train.append(scaled_data[i-60:i]) y_train.append(scaled_data[i, 0]) X_train, y_train = np.array(X_train), np.array(y_train) return X_train, y_train.reshape(-1, 1) ``` #### 构建LSTM模型架构 构建一个简单的三层LSTM结构用于回归任务,其中输入层接收过去的时间步长作为参数;隐藏层包含多个单元格以捕捉复杂的模式;最后输出单个节点表示目标变量的估计值。 ```python from keras.models import Sequential from keras.layers import Dense, LSTM, Dropout model = Sequential() model.add(LSTM(units=50, return_sequences=True, input_shape=(X_train.shape[1], 1))) model.add(Dropout(0.2)) model.add(LSTM(units=50, return_sequences=False)) model.add(Dropout(0.2)) model.add(Dense(units=1)) model.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error') ``` #### 训练过程与评估指标 利用准备好的训练样本反复迭代优化权重直至收敛,并采用均方误差(MSE)衡量拟合效果的好坏程度。 ```python history = model.fit(X_train, y_train, epochs=20, batch_size=32) loss = history.history['loss'] print(f'Training Loss: {np.mean(loss)}') ``` #### 应用场景扩展 除了直接预报特定位置下的潜在储量外,还可以探索其他方面如环境影响评价、开采成本估算等辅助决策支持系统的设计开发。
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