_EMD-KPCA-LSTM 基于经验模态分解和核主成分分析的长短期记忆网络多维时间序列预测_matlab_实现基于EMD-KPCA-LSTM多维时间序列预测模型,与LSTM和EMD-LSTM进行对比

news2026/4/8 20:53:00
EMD-KPCA-LSTM 基于经验模态分解和核主成分分析的长短期记忆网络多维时间序列预测MATLAB代码含LSTM、EMD-LSTM、EMD-KPCA-LSTM三个模型的对比matlab参考文档基于EMD-PCA-LSTM的光伏功率预测模型研究内容本案例使用数据集是北半球光伏功率共四个输入特征太阳辐射度 气温 气压 大气湿度一个输出预测光伏功率; 预测对象可以是电力负荷、风速、光伏等等时间序列数据集;代码注释清楚可以读取本地EXCEL数据**以下代码仅供参考**实现基于EMD-KPCA-LSTM的多维时间序列预测模型并与LSTM和EMD-LSTM进行对比。以下是详细的步骤和代码。环境准备确保您已经安装了MATLAB并且具有以下工具箱Statistics and Machine Learning ToolboxSignal Processing ToolboxNeural Network Toolbox数据加载与预处理我需要加载和预处理数据。假设的数据存储在一个Excel文件中包含四个输入特征太阳辐射度、气温、气压、大气湿度和一个输出特征光伏功率。以下是数据加载和预处理的脚本data_preprocessing.m:[titleData Preprocessing ScriptforSolar Power Prediction]% Define pathsexcelFilePathdatasets/solar_power_data.xlsx;% Load data from ExcelrawDatareadtable(excelFilePath);% Convert table to matrixdataMatrixtable2array(rawData);% Normalize the features[numRows,numCols]size(dataMatrix);XdataMatrix(:,1:numCols-1);% Input featuresydataMatrix(:,numCols);% Output feature (Solar Power)% Min-Max normalizationminValsmin(X);maxValsmax(X);X_normalized(X-minVals)./(maxVals-minVals);% Split data into training, validation, and test setstrainRatio0.7;valRatio0.15;testRatio0.15;numTrainSamplesfloor(trainRatio*numRows);numValSamplesfloor(valRatio*numRows);numTestSamplesnumRows-numTrainSamples-numValSamples;X_trainX_normalized(1:numTrainSamples,:);y_trainy(1:numTrainSamples);X_valX_normalized(numTrainSamples1:numTrainSamplesnumValSamples,:);y_valy(numTrainSamples1:numTrainSamplesnumValSamples);X_testX_normalized(numTrainSamplesnumValSamples1:end,:);y_testy(numTrainSamplesnumValSamples1:end);% Save preprocessed datasave(preprocessed_datasets/preprocessed_data.mat,X_train,y_train,X_val,y_val,X_test,y_test);disp(Preprocessed data saved to: preprocessed_datasets/preprocessed_data.mat);EMD分解接下来我们使用经验模态分解EMD来分解输入信号。以下是EMD分解的脚本emd_decomposition.m:[titleEMD Decomposition Script]% Load preprocessed dataload(preprocessed_datasets/preprocessed_data.mat);% Apply EMD to each input feature[X_emd_train,imfsTrain]emd_decompose_features(X_train);[X_emd_val,imfsVal]emd_decompose_features(X_val);[X_emd_test,imfsTest]emd_decompose_features(X_test);% Save decomposed datasave(preprocessed_datasets/emd_decomposed_data.mat,X_emd_train,imfsTrain,X_emd_val,imfsVal,X_emd_test,imfsTest);disp(EMD decomposed data saved to: preprocessed_datasets/emd_decomposed_data.mat);function[X_emd,imfs]emd_decompose_features(X)[~,numFeatures]size(X);X_emdzeros(size(X));imfscell(numFeatures,1);fori1:numFeatures imfComponentsemd(X(:,i));imfs{i}imfComponents;X_emd(:,i)sum(imfComponents);endendKPCA降维接下来我们使用核主成分分析KPCA对EMD分解后的数据进行降维。以下是KPCA降维的脚本kpca_reduction.m:[titleKPCA Reduction Script]% Load EMF decomposed dataload(preprocessed_datasets/emd_decomposed_data.mat);% Apply KPCA to each input feature[X_kpca_train,kpcaModels]kpca_reduce_features(X_emd_train);[X_kpca_val,~]kpca_reduce_features(X_emd_val,kpcaModels);[X_kpca_test,~]kpca_reduce_features(X_emd_test,kpcaModels);% Save reduced datasave(preprocessed_datasets/kpca_reduced_data.mat,X_kpca_train,X_kpca_val,X_kpca_test);disp(KPCA reduced data saved to: preprocessed_datasets/kpca_reduced_data.mat);function[X_kpca,models]kpca_reduce_features(X,existingModels)[~,numFeatures]size(X);X_kpcazeros(size(X));modelscell(numFeatures,1);fori1:numFeaturesifnargin1||isempty(existingModels{i})kpcaModelkpca(X(:,i), KernelFunction,rbf,NumComponents,2);models{i}kpcaModel;elsekpcaModelexistingModels{i};endX_kpca(:,i)predict(kpcaModel,X(:,i));endendLSTM模型训练我们将分别训练三种模型LSTM、EMD-LSTM和EMD-KPCA-LSTM。以下是LSTM模型训练的脚本lstm_training.m:[titleLSTM Training Script]% Load preprocessed dataload(preprocessed_datasets/preprocessed_data.mat);% Prepare sequences for LSTMsequenceLength24;% Example sequence length of 24 time steps[X_seq_train,y_seq_train]prepare_sequences(X_train,y_train,sequenceLength);[X_seq_val,y_seq_val]prepare_sequences(X_val,y_val,sequenceLength);[X_seq_test,y_seq_test]prepare_sequences(X_test,y_test,sequenceLength);% Train LSTM modellayers[sequenceInputLayer(sequenceLength,NumFeaturesnumel(X_train,2))lstmLayer(100)fullyConnectedLayer(1)regressionLayer];optionstrainingOptions(adam,...MaxEpochs,50,...GradientThreshold,1,...InitialLearnRate,0.005,...LearnRateSchedule,piecewise,...LearnRateDropFactor,0.2,...LearnRateDropPeriod,50,...Verbose,0,...Plots,training-progress);nettrainNetwork(X_seq_train,y_seq_train,layers,options);% Evaluate LSTM modely_pred_lstmnet.predict(X_seq_test);mse_lstmmean((y_pred_lstm-y_seq_test).^2);rmse_lstmsqrt(mse_lstm);fprintf(LSTM Model RMSE: %.4f\n,rmse_lstm);% Save trained modelsave(trained_models/lstm_model.mat,net);disp(LSTM model saved to: trained_models/lstm_model.mat);function[X_seq,y_seq]prepare_sequences(X,y,seqLen)numSamplesnumel(y)-seqLen1;X_seqcell(numSamples,1);y_seqzeros(numSamples,1);fori1:numSamples X_seq{i}X(i:iseqLen-1,:);y_seq(i)y(iseqLen-1);endendEMD-LSTM模型训练以下是EMD-LSTM模型训练的脚本emd_lstm_training.m:[titleEMD-LSTM Training Script]% Load EMD decomposed dataload(preprocessed_datasets/emd_decomposed_data.mat);% Prepare sequences for EMD-LSTMsequenceLength24;% Example sequence length of 24 time steps[X_seq_train,y_seq_train]prepare_sequences(X_emd_train,y_train,sequenceLength);[X_seq_val,y_seq_val]prepare_sequences(X_emd_val,y_val,sequenceLength);[X_seq_test,y_seq_test]prepare_sequences(X_emd_test,y_test,sequenceLength);% Train EMD-LSTM modellayers[sequenceInputLayer(sequenceLength,NumFeaturesnumel(X_emd_train,2))lstmLayer(100)fullyConnectedLayer(1)regressionLayer];optionstrainingOptions(adam,...MaxEpochs,50,...GradientThreshold,1,...InitialLearnRate,0.005,...LearnRateSchedule,piecewise,...LearnRateDropFactor,0.2,...LearnRateDropPeriod,50,...Verbose,0,...Plots,training-progress);net_emdtrainNetwork(X_seq_train,y_seq_train,layers,options);% Evaluate EMD-LSTM modely_pred_emd_lstmnet_emd.predict(X_seq_test);mse_emd_lstmmean((y_pred_emd_lstm-y_seq_test).^2);rmse_emd_lstmsqrt(mse_emd_lstm);fprintf(EMD-LSTM Model RMSE: %.4f\n,rmse_emd_lstm);% Save trained modelsave(trained_models/emd_lstm_model.mat,net_emd);disp(EMD-LSTM model saved to: trained_models/emd_lstm_model.mat);function[X_seq,y_seq]prepare_sequences(X,y,seqLen)numSamplesnumel(y)-seqLen1;X_seqcell(numSamples,1);y_seqzeros(numSamples,1);fori1:numSamples X_seq{i}X(i:iseqLen-1,:);y_seq(i)y(iseqLen-1);endendEMD-KPCA-LSTM模型训练以下是EMD-KPCA-LSTM模型训练的脚本emd_kpca_lstm_training.m:[titleEMD-KPCA-LSTM Training Script]% Load KPCA reduced dataload(preprocessed_datasets/kpca_reduced_data.mat);% Prepare sequences for EMD-KPCA-LSTMsequenceLength24;% Example sequence length of 24 time steps[X_seq_train,y_seq_train]prepare_sequences(X_kpca_train,y_train,sequenceLength);[X_seq_val,y_seq_val]prepare_sequences(X_kpca_val,y_val,sequenceLength);[X_seq_test,y_seq_test]prepare_sequences(X_kpca_test,y_test,sequenceLength);% Train EMD-KPCA-LSTM modellayers[sequenceInputLayer(sequenceLength,NumFeaturesnumel(X_kpca_train,2))lstmLayer(100)fullyConnectedLayer(1)regressionLayer];optionstrainingOptions(adam,...MaxEpochs,50,...GradientThreshold,1,...InitialLearnRate,0.005,...LearnRateSchedule,piecewise,...LearnRateDropFactor,0.2,...LearnRateDropPeriod,50,...Verbose,0,...Plots,training-progress);net_emd_kpcatrainNetwork(X_seq_train,y_seq_train,layers,options);% Evaluate EMD-KPCA-LSTM modely_pred_emd_kpca_lstmnet_emd_kpca.predict(X_seq_test);mse_emd_kpca_lstmmean((y_pred_emd_kpca_lstm-y_seq_test).^2);rmse_emd_kpca_lstmsqrt(mse_emd_kpca_lstm);fprintf(EMD-KPCA-LSTM Model RMSE: %.4f\n,rmse_emd_kpca_lstm);% Save trained modelsave(trained_models/emd_kpca_lstm_model.mat,net_emd_kpca);disp(EMD-KPCA-LSTM model saved to: trained_models/emd_kpca_lstm_model.mat);function[X_seq,y_seq]prepare_sequences(X,y,seqLen)numSamplesnumel(y)-seqLen1;X_seqcell(numSamples,1);y_seqzeros(numSamples,1);fori1:numSamples X_seq{i}X(i:iseqLen-1,:);y_seq(i)y(iseqLen-1);endend结果比较最后我们将比较三种模型的预测结果。以下是结果比较的脚本result_comparison.m:[titleResult Comparison Script]% Load preprocessed dataload(preprocessed_datasets/preprocessed_data.mat);% Load trained modelsload(trained_models/lstm_model.mat);load(trained_models/emd_lstm_model.mat);load(trained_models/emd_kpca_lstm_model.mat);% Prepare sequences for testingsequenceLength24;% Example sequence length of 24 time steps[X_seq_test,y_seq_test]prepare_sequences(X_test,y_test,sequenceLength);% Predict using LSTM modely_pred_lstmnet.predict(X_seq_test);% Predict using EMD-LSTM modely_pred_emd_lstmnet_emd.predict(X_seq_test);% Predict using EMD-KPCA-LSTM modely_pred_emd_kpca_lstmnet_emd_kpca.predict(X_seq_test);% Calculate RMSE for each modelmse_lstmmean((y_pred_lstm-y_seq_test).^2);rmse_lstmsqrt(mse_lstm);mse_emd_lstmmean((y_pred_emd_lstm-y_seq_test).^2);rmse_emd_lstmsqrt(mse_emd_lstm);mse_emd_kpca_lstmmean((y_pred_emd_kpca_lstm-y_seq_test).^2);rmse_emd_kpca_lstmsqrt(mse_emd_kpca_lstm);fprintf(LSTM Model RMSE: %.4f\n,rmse_lstm);fprintf(EMD-LSTM Model RMSE: %.4f\n,rmse_emd_lstm);fprintf(EMD-KPCA-LSTM Model RMSE: %.4f\n,rmse_emd_kpca_lstm);% Plot predictions vs actual valuesfigure;plot(y_seq_test,b,DisplayName,Actual);hold on;plot(y_pred_lstm,r--,DisplayName,LSTM);plot(y_pred_emd_lstm,g-.,DisplayName,EMD-LSTM);plot(y_pred_emd_kpca_lstm,m:,DisplayName,EMD-KPCA-LSTM);xlabel(Time Steps);ylabel(Solar Power);title(Comparison of Models);legend show;grid on;function[X_seq,y_seq]prepare_sequences(X,y,seqLen)numSamplesnumel(y)-seqLen1;X_seqcell(numSamples,1);y_seqzeros(numSamples,1);fori1:numSamples X_seq{i}X(i:iseqLen-1,:);y_seq(i)y(iseqLen-1);endend使用说明配置路径确保datasets/solar_power_data.xlsx文件存在并且包含所需的列。确保所有文件名和路径与脚本中的路径一致。运行脚本在MATLAB命令窗口中依次运行以下脚本data_preprocessing.memd_decomposition.mkpca_reduction.mlstm_training.memd_lstm_training.memd_kpca_lstm_training.mresult_comparison.m注意事项确保所有必要的工具箱已安装特别是Statistics and Machine Learning Toolbox,Signal Processing Toolbox, 和Neural Network Toolbox。根据需要调整参数如sequenceLength,MaxEpochs,InitialLearnRate等。示例假设您的数据文件夹结构如下datasets/ └── solar_power_data.xlsx并且solar_power_data.xlsx包含五个列太阳辐射度、气温、气压、大气湿度、光伏功率。运行上述脚本后您可以查看各种图表和预测结果。总结我们可以构建一个全面的时间序列预测系统包括数据加载、预处理、EMD分解、KPCA降维以及LSTM、EMD-LSTM和EMD-KPCA-LSTM模型的训练和评估。以下是所有相关的代码文件数据预处理脚本(data_preprocessing.m)EMD分解脚本(emd_decomposition.m)KPCA降维脚本(kpca_reduction.m)LSTM训练脚本(lstm_training.m)EMD-LSTM训练脚本(emd_lstm_training.m)EMD-KPCA-LSTM训练脚本(emd_kpca_lstm_training.m)结果比较脚本(result_comparison.m)

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2497165.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

SpringBoot-17-MyBatis动态SQL标签之常用标签

文章目录 1 代码1.1 实体User.java1.2 接口UserMapper.java1.3 映射UserMapper.xml1.3.1 标签if1.3.2 标签if和where1.3.3 标签choose和when和otherwise1.4 UserController.java2 常用动态SQL标签2.1 标签set2.1.1 UserMapper.java2.1.2 UserMapper.xml2.1.3 UserController.ja…

wordpress后台更新后 前端没变化的解决方法

使用siteground主机的wordpress网站,会出现更新了网站内容和修改了php模板文件、js文件、css文件、图片文件后,网站没有变化的情况。 不熟悉siteground主机的新手,遇到这个问题,就很抓狂,明明是哪都没操作错误&#x…

网络编程(Modbus进阶)

思维导图 Modbus RTU(先学一点理论) 概念 Modbus RTU 是工业自动化领域 最广泛应用的串行通信协议,由 Modicon 公司(现施耐德电气)于 1979 年推出。它以 高效率、强健性、易实现的特点成为工业控制系统的通信标准。 包…

UE5 学习系列(二)用户操作界面及介绍

这篇博客是 UE5 学习系列博客的第二篇,在第一篇的基础上展开这篇内容。博客参考的 B 站视频资料和第一篇的链接如下: 【Note】:如果你已经完成安装等操作,可以只执行第一篇博客中 2. 新建一个空白游戏项目 章节操作,重…

IDEA运行Tomcat出现乱码问题解决汇总

最近正值期末周,有很多同学在写期末Java web作业时,运行tomcat出现乱码问题,经过多次解决与研究,我做了如下整理: 原因: IDEA本身编码与tomcat的编码与Windows编码不同导致,Windows 系统控制台…

利用最小二乘法找圆心和半径

#include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <Eigen/Dense> // 需安装Eigen库用于矩阵运算 // 定义点结构 struct Point { double x, y; Point(double x_, double y_) : x(x_), y(y_) {} }; // 最小二乘法求圆心和半径 …

使用docker在3台服务器上搭建基于redis 6.x的一主两从三台均是哨兵模式

一、环境及版本说明 如果服务器已经安装了docker,则忽略此步骤,如果没有安装,则可以按照一下方式安装: 1. 在线安装(有互联网环境): 请看我这篇文章 传送阵>> 点我查看 2. 离线安装(内网环境):请看我这篇文章 传送阵>> 点我查看 说明&#xff1a;假设每台服务器已…

XML Group端口详解

在XML数据映射过程中&#xff0c;经常需要对数据进行分组聚合操作。例如&#xff0c;当处理包含多个物料明细的XML文件时&#xff0c;可能需要将相同物料号的明细归为一组&#xff0c;或对相同物料号的数量进行求和计算。传统实现方式通常需要编写脚本代码&#xff0c;增加了开…

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器的上位机配置操作说明

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器专为工业环境精心打造&#xff0c;完美适配AGV和无人叉车。同时&#xff0c;集成以太网与语音合成技术&#xff0c;为各类高级系统&#xff08;如MES、调度系统、库位管理、立库等&#xff09;提供高效便捷的语音交互体验。 L…

(LeetCode 每日一题) 3442. 奇偶频次间的最大差值 I (哈希、字符串)

题目&#xff1a;3442. 奇偶频次间的最大差值 I 思路 &#xff1a;哈希&#xff0c;时间复杂度0(n)。 用哈希表来记录每个字符串中字符的分布情况&#xff0c;哈希表这里用数组即可实现。 C版本&#xff1a; class Solution { public:int maxDifference(string s) {int a[26]…

【大模型RAG】拍照搜题技术架构速览:三层管道、两级检索、兜底大模型

摘要 拍照搜题系统采用“三层管道&#xff08;多模态 OCR → 语义检索 → 答案渲染&#xff09;、两级检索&#xff08;倒排 BM25 向量 HNSW&#xff09;并以大语言模型兜底”的整体框架&#xff1a; 多模态 OCR 层 将题目图片经过超分、去噪、倾斜校正后&#xff0c;分别用…

【Axure高保真原型】引导弹窗

今天和大家中分享引导弹窗的原型模板&#xff0c;载入页面后&#xff0c;会显示引导弹窗&#xff0c;适用于引导用户使用页面&#xff0c;点击完成后&#xff0c;会显示下一个引导弹窗&#xff0c;直至最后一个引导弹窗完成后进入首页。具体效果可以点击下方视频观看或打开下方…

接口测试中缓存处理策略

在接口测试中&#xff0c;缓存处理策略是一个关键环节&#xff0c;直接影响测试结果的准确性和可靠性。合理的缓存处理策略能够确保测试环境的一致性&#xff0c;避免因缓存数据导致的测试偏差。以下是接口测试中常见的缓存处理策略及其详细说明&#xff1a; 一、缓存处理的核…

龙虎榜——20250610

上证指数放量收阴线&#xff0c;个股多数下跌&#xff0c;盘中受消息影响大幅波动。 深证指数放量收阴线形成顶分型&#xff0c;指数短线有调整的需求&#xff0c;大概需要一两天。 2025年6月10日龙虎榜行业方向分析 1. 金融科技 代表标的&#xff1a;御银股份、雄帝科技 驱动…

观成科技:隐蔽隧道工具Ligolo-ng加密流量分析

1.工具介绍 Ligolo-ng是一款由go编写的高效隧道工具&#xff0c;该工具基于TUN接口实现其功能&#xff0c;利用反向TCP/TLS连接建立一条隐蔽的通信信道&#xff0c;支持使用Let’s Encrypt自动生成证书。Ligolo-ng的通信隐蔽性体现在其支持多种连接方式&#xff0c;适应复杂网…

铭豹扩展坞 USB转网口 突然无法识别解决方法

当 USB 转网口扩展坞在一台笔记本上无法识别,但在其他电脑上正常工作时,问题通常出在笔记本自身或其与扩展坞的兼容性上。以下是系统化的定位思路和排查步骤,帮助你快速找到故障原因: 背景: 一个M-pard(铭豹)扩展坞的网卡突然无法识别了,扩展出来的三个USB接口正常。…

未来机器人的大脑:如何用神经网络模拟器实现更智能的决策?

编辑&#xff1a;陈萍萍的公主一点人工一点智能 未来机器人的大脑&#xff1a;如何用神经网络模拟器实现更智能的决策&#xff1f;RWM通过双自回归机制有效解决了复合误差、部分可观测性和随机动力学等关键挑战&#xff0c;在不依赖领域特定归纳偏见的条件下实现了卓越的预测准…

Linux应用开发之网络套接字编程(实例篇)

服务端与客户端单连接 服务端代码 #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #include <pthread.h> …

华为云AI开发平台ModelArts

华为云ModelArts&#xff1a;重塑AI开发流程的“智能引擎”与“创新加速器”&#xff01; 在人工智能浪潮席卷全球的2025年&#xff0c;企业拥抱AI的意愿空前高涨&#xff0c;但技术门槛高、流程复杂、资源投入巨大的现实&#xff0c;却让许多创新构想止步于实验室。数据科学家…

深度学习在微纳光子学中的应用

深度学习在微纳光子学中的主要应用方向 深度学习与微纳光子学的结合主要集中在以下几个方向&#xff1a; 逆向设计 通过神经网络快速预测微纳结构的光学响应&#xff0c;替代传统耗时的数值模拟方法。例如设计超表面、光子晶体等结构。 特征提取与优化 从复杂的光学数据中自…