使用LSTM预测空气质量pm2.5

使用LSTM预测时间序列数据

背景

  1. 复现 @“使用Keras进行LSTM实战” https://blog.youkuaiyun.com/u012735708/article/details/82769711 中的实验
  2. 熟悉用LSTM模型训练
  3. 验证将时序数据 转化为分类问题后,预测是否有效果
  4. 对比SimpleRNN与LSTM模型 哪个效果最好?
  5. 验证LSTM相比于Dense()模型 是否有提升?
  6. 对比使用前3天的数据 和使用前1天的数据 哪个效果最好?

结论

  1. 使用前3天的数据预测当天的空气质量的效果 没有 比只用前一天的数据 好
  2. 使用LSTM的效果优于SimpleRNN

代码

from pandas import read_csv
from datetime import datetime
import pandas as pd
from pandas import DataFrame
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder,MinMaxScaler
from sklearn.metrics import mean_squared_error
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense, Dropout
from keras.layers import LSTM
from keras.layers.recurrent import SimpleRNN
from numpy import concatenate
from math import sqrt


# load data
def parse(x):
	return datetime.strptime(x, '%Y %m %d %H')
 
def read_raw():
    dataset = pd.read_csv('raw.csv',  parse_dates = [['year', 'month', 'day', 'hour']], index_col=0, date_parser=parse)
    dataset.drop('No', axis=1, inplace=True)
    # manually specify column names
    dataset.columns = ['pollution', 'dew', 'temp', 'press', 'wnd_dir', 'wnd_spd', 'snow', 'rain']
    datase
是的,LSTM 模型可以用于预测 PM2.5 浓度的变化。PM2.5 是指大气中直径小于等于2.5微米的颗粒物,它对空气质量和人体健康有重要影响。由于 PM2.5 浓度具有一定的时间序列性质,可以采用 LSTM 模型来捕捉其时间依赖关系,从而进行预测。 建立 LSTM 模型用于 PM2.5 浓度预测的一般步骤如下: 1. 数据准备: - 收集历史PM2.5 浓度数据,包括时间和对应的浓度数值。 - 将数据划分为训练集和测试集,通常按照时间顺序划分。 2. 特征工程: - 对输入数据进行特征提取,如前一天的 PM2.5 浓度、天气情况、季节等。 - 对特征进行归一化处理,确保数据在合适的范围内。 3. 模型定义: - 使用 LSTM 网络定义模型结构,包括输入层、隐藏层和输出层。 - 可以根据实际情况选择 LSTM 单元的数量和其他超参数。 4. 模型训练: - 使用训练集对 LSTM 模型进行训练。 - 定义损失函数,如均方误差(MSE)。 - 使用反向传播算法和优化器(如随机梯度下降法)来更新模型参数,使损失函数最小化。 5. 模型评估和调优: - 使用测试集对训练好的 LSTM 模型进行评估,计算预测结果与真实值之间的误差。 - 根据评估结果进行模型调优,如调整模型超参数、增加正则化等方法来改善模型性能。 6. 模型预测: - 使用训练好的 LSTM 模型对未来的 PM2.5 浓度进行预测。 - 可以根据预测结果进行相应的控制和调整,以降低空气污染风险。 需要注意的是,PM2.5 浓度受多种因素影响,包括天气、交通、工业排放等。预测模型可能需要考虑这些因素,并结合其他数据源进行综合分析和建模。此外,模型的准确性还受到数据质量和样本量的影响,因此在实际应用中需要进行细致的数据处理和模型调优。
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