构建基线与多步模型预测及评估

30、对于单步模型:a. 构建一个预测最后已知值的基线模型。b. 绘制其预测结果。c. 使用平均绝对误差(MAE)评估其性能,并将结果存储在字典中以供比较。

可以使用代码构建预测最后已知值的基线模型,如使用 Baseline 类。使用 DataWindow 类的 plot 方法绘制预测结果,例如:

wide_window.plot(baseline_last)

评估性能并存储 MAE,如:

performance['Baseline - Last'] = baseline_last.evaluate(single_step_window.test, verbose=0)

还可打印 MAE 进行查看,如:

print(performance['Baseline - Last'][1])

这里得到的 MAE 为 0.081

31、对于多步模型:a. 构建一个在24小时范围内预测最后已知值的基线模型。b. 构建一个重复最后24小时数据的基线模型。c. 绘制两个模型的预测结果。d. 使用平均绝对误差(MAE)评估两个模型并存储它们的性能。

a. 构建在24小时范围内预测最后已知值的基线模型:定义`MultiStepLastBaseline`类,该类接收输入并将输入序列的最后一个值重复24个时间步作为预测。代码如下:

```python
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import Model
from tensorflow.keras.losses import MeanSquaredError
from tensorflow.keras.metrics import MeanAbsoluteError

class MultiStepLastBaseline(Model):
    def __init__(self, label_index=None):
        super().__init__()
        self.label_index = label_index

    def call(self, inputs):
        if self.label_index is None:
            return tf.tile(inputs[:, -1:, :], [1, 24, 1])
        return tf.tile(inputs[:, -1:, self.label_index:], [1, 24, 1])

# 假设 column_indices 是一个包含列索引的字典
column_indices = {'traffic_volume': 0}
ms_baseline_last = MultiStepLastBaseline(label_index=column_indices['traffic_volume'])
ms_baseline_last.compile(loss=MeanSquaredError(), metrics=[MeanAbsoluteError()])

b. 构建重复最后24小时数据的基线模型:通过 RepeatBaseline 类实现,该类返回输入序列,即未来24小时的预测值就是最后已知的24小时数据。

class RepeatBaseline(Model):
    def call(self, inputs):
        return inputs

ms_baseline_repeat = RepeatBaseline()
ms_baseline_repeat.compile(loss=MeanSquaredError(), metrics=[MeanAbsoluteError()])

c. 绘制两个模型的预测结果:使用 DataWindow 类的 plot 方法进行绘制。假设 multi_window DataWindow 类的一个实例,如 multi_window.plot(ms_baseline_last) multi_window.plot(ms_baseline_repeat)

# 假设 multi_window 是 DataWindow 类的实例
multi_window.plot(ms_baseline_last)
multi_window.plot(ms_baseline_repeat)

d. 使用MAE评估两个模型并存储性能:

ms_val_performance = {}
ms_performance = {}

# 评估并存储预测最后已知值的基线模型的性能
ms_val_performance['Baseline - Last'] = ms_baseline_last.evaluate(multi_window.val)
ms_performance['Baseline - Last'] = ms_baseline_last.evaluate(multi_window.test, verbose=0)

# 评估并存储重复最后24小时数据的基线模型的性能
ms_va
【四旋翼无人机】具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机:建模控制研究(Matlab代码、Simulink仿真实现)内容概要:本文围绕具备螺旋桨倾斜机构的全驱动四旋翼无人机展开研究,重点探讨其系统建模控制策略,结合Matlab代码Simulink仿真实现。文章详细分析了无人机的动力学模型,特别是引入螺旋桨倾斜机构后带来的全驱动特性,使其在姿态位置控制上具备更强的机动性自由度。研究涵盖了非线性系统建模、控制器设计(如PID、MPC、非线性控制等)、仿真验证及动态响应分析,旨在提升无人机在复杂环境下的稳定性和控制精度。同时,文中提供的Matlab/Simulink资源便于读者复现实验并进一步优化控制算法。; 适合人群:具备一定控制理论基础和Matlab/Simulink仿真经验的研究生、科研人员及无人机控制系统开发工程师,尤其适合从事飞行器建模先进控制算法研究的专业人员。; 使用场景及目标:①用于全驱动四旋翼无人机的动力学建模仿真平台搭建;②研究先进控制算法(如模型预测控制、非线性控制)在无人机系统中的应用;③支持科研论文复现、课程设计或毕业课题开发,推动无人机高机动控制技术的研究进展。; 阅读建议:建议读者结合文档提供的Matlab代码Simulink模型,逐步实现建模控制算法,重点关注坐标系定义、力矩分配逻辑及控制闭环的设计细节,同时可通过修改参数和添加扰动来验证系统的鲁棒性适应性。
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