kears搭建lstm实现用电量预测时间序列预测

本文通过Keras构建LSTM模型,详细展示了如何进行时间序列预测,特别是针对用电量的数据预测。提供了完整的代码示例和预测结果。

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付完整代码

结果展示:

 

 完整代码:

# -*- coding: utf-8 -*-
# 导入库pip install openpyxl -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn import metrics
from sklearn.metrics import mean_squared_error  # 评价指标
import matplotlib.pyplot as plt
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense
from keras.layers import LSTM, GRU
from keras import optimizers
import keras
import ten
### 使用BiLSTM模型进行电力负荷预测的研究和实现 #### 研究背景 电力负荷预测是现代电力系统运行管理的重要组成部分,对于保障供电可靠性、降低运营成本以及提升经济效益具有重要作用。近年来,随着深度学习技术的发展,双向长短时记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory, BiLSTM)因其能够捕捉时间序列数据中的长期依赖关系和双向上下文信息,在电力负荷预测领域得到了广泛应用。 #### 方法概述 BiLSTM模型的核心优势在于它不仅考虑了时间序列的过去状态,还利用了未来的潜在影响因素来增强预测能力。具体而言,该模型通过正向和反向两部分分别处理输入的时间序列数据,并最终将两者的结果融合以获得更全面的信息表示[^1]。此外,结合其他预处理方法(如变分模态分解 VMD),可以进一步提升预测效果[^4]。 #### MATLAB 实现方案 在 MATLAB 平台下,可以通过调用内置工具箱或自定义函数构建 BiLSTM 模型用于电力负荷预测。以下是基于 MATLAB 的典型实现流程: 1. **数据准备** 需要收集并整理历史负荷数据集,通常包括日均用电量、温度、湿度等外部环境变量作为辅助特征。 2. **模型设计** 利用 `sequenceInputLayer` 定义输入层大小;接着依次堆叠若干个 `bilstmLayer` 层构成核心结构;最后添加全连接层 (`fullyConnectedLayer`) 及回归输出层完成整个架构的设计。 3. **训练过程** 设置超参数如最大迭代次数 (epochs),批量尺寸 (batch size) 等之后即可启动训练阶段。期间可监控损失值变化趋势以便及时调整策略。 下面给出一段简化版代码片段展示如何创建基本框架: ```matlab % 创建双方向 LSTM 网络架构 layers = [ sequenceInputLayer(inputSize) bilstmLayer(hiddenUnits,'OutputMode','last') fullyConnectedLayer(outputSize) regressionLayer]; % 配置选项 options = trainingOptions('adam', ... 'MaxEpochs',maxEpochs,... 'MiniBatchSize',miniBatchSize,... 'InitialLearnRate',learnRate,... 'ValidationData',{XVal,YVal},... 'Plots','training-progress',... 'Verbose',false); % 开始训练 net = trainNetwork(XTrain,YTrain,layers,options); ``` #### Python 实现案例 除了 MATLAB 外,Python 同样支持高效便捷地开发此类应用。借助 Keras 或 TensorFlow 库能快速搭建所需神经网络模型。以下是一个简单的例子演示怎样运用 Pyhton 来执行相似的任务: ```python from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import Dense,Bidirectional,LSTM def build_bilstm_model(input_shape): model = Sequential() # 添加双向 LSTM 层 model.add(Bidirectional(LSTM(50, activation='relu'), input_shape=input_shape)) # 输出层配置 model.add(Dense(1)) # 编译模型 model.compile(optimizer='adam', loss='mse') return model if __name__ == "__main__": X_train, Y_train = load_data() # 假设存在加载数据的方法 # 构建模型实例 bi_lstm_model = build_bilstm_model((X_train.shape[1], X_train.shape[2])) # 执行拟合操作 history = bi_lstm_model.fit( X_train, Y_train, epochs=50, batch_size=64, validation_split=0.1 ) ``` 以上展示了两种主流编程环境下关于 BiLSTM 在电力负荷预测方面的实际编码技巧。值得注意的是,无论是哪种语言都强调前期的数据清洗与特征工程的重要性,这直接影响到后续算法表现的好坏程度。 --- ###
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