首页 > 其他分享 >1-4时间序列数据建模流程范例

1-4时间序列数据建模流程范例

时间:2023-12-22 15:11:27浏览次数:32  
标签:范例 __ self torch 建模 dfdiff 序列 import data

0.配置

import torch

print('torch.__version__ = ', torch.__version__)

"""
torch.__version__ =  2.1.0+cpu
"""

import os

#mac系统上pytorch和matplotlib在jupyter中同时跑需要更改环境变量
# os.environ["KMP_DUPLICATE_LIB_OK"]="TRUE" 

1.准备数据

import requests

data = requests.get('https://c.m.163.com/ug/api/wuhan/app/data/list-total', 
                   headers={'User-Agent': 'PostmanRuntime/7.36.0'})

df = pd.DataFrame([{
    'date': x.get('date'),
    'confirm': x.get('total').get('confirm'),
    'heal': x.get('total').get('heal'),
    'dead': x.get('total').get('dead'),
} for x in data.json().get('data').get('chinaDayList')])

df.head()

"""
date	confirm	heal	dead
0	2020-01-20	291	25	6
1	2020-01-21	440	25	9
2	2020-01-22	571	28	17
3	2020-01-23	830	34	25
4	2020-01-24	1287	38	41
"""
df = df[(df['date'] >= '2020-01-24') & (df['date'] <= '2020-03-09')]
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

%matplotlib inline
%config InlineBackend.figure_format = 'svg'

df.plot(x='date', y=['confirm', 'heal', 'dead'])
plt.xticks(rotation=60)

dfdata = df.set_index('date')
dfdiff = dfdata.diff(periods=1).dropna()
dfdiff = dfdiff.reset_index('date')

dfdata = df.set_index('date')
dfdiff = dfdata.diff(periods=1).dropna()
dfdiff = dfdiff.reset_index('date')

dfdiff.tail()

"""
confirm	heal	dead
40	143.0	1681.0	30.0
41	99.0	1678.0	28.0
42	44.0	1661.0	27.0
43	40.0	1535.0	22.0
44	19.0	1297.0	17.0
"""

下面我们通过继承torch.utils.data.Dataset实现自定义时间序列数据集

torch.utils.data.Dataset是一个抽象类,用户想要加载自定义的数据集只需要继承这个类,并且覆写其中的 两个方法即可:

  • len:实现len(dataset)返回整个数据集的大小
  • getitem:用来获取一些索引的数据,使dataset[i]返回数据集中的第i个样本
import torch
from torch import nn

# 用某日前8天窗口数据作为输入预测该日数据
WINDOW_SIZE = 8

class Covid19Dataset(torch.utils.data.Dataset):
    def __len__(self):
        return len(dfdiff) - WINDOW_SIZE

    def __getitem__(self, i):
        x = dfdiff.loc[i: i+WINDOW_SIZE-1, :]
        feature = torch.tensor(x.values)
        y = dfdiff.loc[i+WINDOW_SIZE, :]
        label = torch.tensor(y.values)
        return feature, label
    
ds_train = Covid19Dataset()

# 数据较小,可以将全部训练数据放入到一个batch中,提升性能
dl_train = torch.utils.data.DataLoader(ds_train, batch_size=38)

for features, labels in dl_train:
    break

# dl_train同时作为验证集
dl_val = dl_train

2.定义模型

使用Pytorch通常有三种方式构建模型:使用nn.Sequential按层顺序构建模型,继承nn.Module基类构建自定义模型,继承nn.Module基类构建模型并辅助应用模型容器进行封装。

此处选择第二种方式构建模型

import torch
import torchkeras

torch.random.seed()

class Block(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()

    def forward(self, x, x_input):
        x_out = torch.max((1+x)*x_input[:, -1, :], torch.tensor(0.0))
        return x_out
    
class Net(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.lstm = torch.nn.LSTM(input_size=3, hidden_size=3, num_layers=5, batch_first=True)
        self.linear = torch.nn.Linear(3, 3)
        self.block = Block()

    def forward(self, x_input):
        x = self.lstm(x_input)[0][:, -1, :]  # 取预测的时间步的最后一个值
        x = self.linear(x)
        y = self.block(x, x_input)
        return y
    
net = Net()
print(net)

"""
Net(
  (lstm): LSTM(3, 3, num_layers=5, batch_first=True)
  (linear): Linear(in_features=3, out_features=3, bias=True)
  (block): Block()
)
"""

from torchkeras import summary

print(summary(net, input_data=features))

"""
--------------------------------------------------------------------------
Layer (type)                            Output Shape              Param #
==========================================================================
LSTM-1                                    [-1, 8, 3]                  480
Linear-2                                     [-1, 3]                   12
Block-3                                      [-1, 3]                    0
==========================================================================
Total params: 492
Trainable params: 492
Non-trainable params: 0
--------------------------------------------------------------------------
Input size (MB): 0.000076
Forward/backward pass size (MB): 0.000229
Params size (MB): 0.001877
Estimated Total Size (MB): 0.002182
--------------------------------------------------------------------------
"""

3.训练模型

训练Pytorch通常需要用户编写自定义训练循环,训练循环的代码风格因人而异。

有3类典型的训练循环代码风格:脚本形式训练循环,函数形式训练循环,类形式训练循环。

此处我们通过引入torchkeras库中的KerasModel工具来训练模型,无需编写自定义循环

from torchmetrics.regression import MeanAbsolutePercentageError
y_1 = None
y_2 = None
def mspe(y_pred, y_true):
    global y_1, y_2
    y_1 = y_pred
    y_2 = y_true
    err_percent = (y_true - y_pred)**2 / (torch.max(y_true**2,torch.tensor(1e-7)))
    return torch.mean(err_percent)

net = Net() 
loss_fn = mspe
metric_dict = {"mape": MeanAbsolutePercentageError()}

optimizer = torch.optim.Adam(net.parameters(), lr=0.03)
lr_scheduler = torch.optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size=10, gamma=0.0001)

from torchkeras import KerasModel 
model = KerasModel(net,
                   loss_fn=loss_fn,
                   metrics_dict=metric_dict,
                   optimizer=optimizer,
                   lr_scheduler=lr_scheduler) 

dfhistory = model.fit(train_data=dl_train,
                      val_data=dl_val,
                      epochs=100,
                      ckpt_path='checkpoint',
                      patience=10,
                      monitor='val_loss',
                      mode='min',
                      callbacks=None,
                      plot=True,
                      cpu=True)

4.评估模型

评估模型一般要设置验证集或者测试集,由于此例数据较少,我们仅仅可视化损失函数在训练集上的迭代。

model.evaluate(dl_val)

"""
{'val_loss': 0.09135004132986069, 'val_mape': 0.2397426813840866}
"""

5.使用模型

此处我们使用模型预测疫情结束时间,即新增确诊病例为0的时间

# 使用dfresult记录现有数据以及此后预测的疫情数据
dfresult = dfdiff[['confirm', 'heal', 'dead']].copy()
dfresult.tail()

"""
confirm	heal	dead
40	143.0	1681.0	30.0
41	99.0	1678.0	28.0
42	44.0	1661.0	27.0
43	40.0	1535.0	22.0
44	19.0	1297.0	17.0
"""

# 预测此后1000天的新增走势,将其结果添加到dfresult中
for i in range(1000):
    arr_input = torch.unsqueeze(torch.from_numpy(dfresult.values[-38:, :]), axis=0)
    arr_predict = model.forward(arr_input)
    dfpredict = pd.DataFrame(torch.floor(arr_predict).data.numpy(), columns=dfresult.columns)
    dfresult = pd.concat([dfresult, dfpredict], ignore_index=True)
    
"""
第50天开始新增确诊为0,第45天对应3月10日,也就是5天后,即预计3月15日新增确诊降为0
"""
dfresult.query('confirm==0').head()

"""
confirm	heal	dead
50	0.0	1436.0	5.0
51	0.0	1461.0	4.0
52	0.0	1486.0	3.0
53	0.0	1511.0	2.0
54	0.0	1537.0	1.0
"""

dfresult.query('heal==2').head()

"""
	confirm	heal	dead
1	769.0	2.0	24.0
"""

6.保存模型

模型权重保存在model.ckpt_path路径

print(model.ckpt_path)

"""
checkpoint
"""

model.load_ckpt('checkpoint')

标签:范例,__,self,torch,建模,dfdiff,序列,import,data
From: https://www.cnblogs.com/lotuslaw/p/17921631.html

相关文章

  • Autodesk 3ds Max 2024:专业3D建模软件,开启数字创意新篇章
    Autodesk3dsMax2024是一款全球知名的3D建模软件,广泛应用于影视、游戏、建筑等领域。这款软件由Autodesk公司开发,拥有强大的功能和工具,为用户提供了全面的3D建模解决方案。点击获取Autodesk3dsMax2024Autodesk3dsMax2024的界面友好且易于操作,用户可以快速上手。软件提......
  • 梭梭带你彻底搞懂YAML序列化语言
    目录前言简介yaml基本语法规则yaml支持的数据结构有三种基本语法大小写敏感用缩进表示层级关系用#表示注释一个文件中可以包含多个文件的内容数据结构与类型对象(Mapping)数组(Sequence)标量(Scalars)字符串(String)布尔值(Boolean)整数(Integer)浮点数(FloatingPoint)空(Null)时间戳(Timestamp)......
  • 序列操作
    这道题目非常有助于提高我们对lazy的理解我们设lazy为0表示全部改成0,为1表示全部改成1,为2表示翻转一次,为-1表示没有操作按照我们对lazy的理解,一个节点真实的信息,等价于这个节点到根节点的路径上的节点的lazy的某个“和”操作那么在这道题目的“和”操作,就是深度从深到浅节点的l......
  • 软件需求与分析课堂测试十一 —综合案例建模分析
    软件需求与分析课堂测试十一—综合案例建模分析(100分)销售订货管理系统是ERP的源头,如何管控销售订单下达、评审、跟进,不光是从软件上做约束管理,同时要从工作流程规定上做规范。【开发目的】规范公司订单下达、评审业务流程,提高客户订单准时交货率。【适用范围】适用于公司订......
  • dfr之序列化常用字段、soruce、定制返回字段、多表关联反序列化、ModelSerializer的使
    一、序列化类常用字段#除了CharField以外,还要很多别的---》表模型中models.CharField--->基本一一对应#如果跟表模型中对不上:你统一用CharField#重要:(后面说)ListFieldDictField字段字段构造方式BooleanFieldBooleanField()NullBooleanFieldNullB......
  • Jackson给给指定类设置序列化规则
    背景业务中需要对返回给APP端的数据进行特殊处理,包括:null值转换成空字符串日期(LocalDateTime)类型转换成时间戳金额根据用户Locale做格式化需要保证不影响内部其他服务的互相调用,因此让所有返回给APP的VO对象实现自定义的Vo接口,然后指定对Vo接口的类进行对应的转换。实现co......
  • Fastjson2基础使用以及底层序列化/反序列化实现探究
    来自于:https://www.cnblogs.com/6b7b5fc3/p/17134421.html1Fastjson2简介Fastjson2是Fastjson的升级版,特征:协议支持:支持JSON/JSONB两种协议部分解析:可以使用JSONPath进行部分解析获取需要的值语言支持:Java/Kotlin场景支持:Android8+/服务端其他特性支持:GraalNative-Image......
  • class072 最长递增子序列问题与扩展【算法】
    class072最长递增子序列问题与扩展【算法】code1300.最长递增子序列//最长递增子序列和最长不下降子序列//给定一个整数数组nums//找到其中最长严格递增子序列长度、最长不下降子序列长度//测试链接:https://leetcode.cn/problems/longest-increasing-subsequence/dp[i......
  • 使用数合建模及可视化工具完成第一个数据分析作品
    好多朋友问到数据分析是什么,数据建模是什么,可视化又是什么。今天基于上述平台一起完成我们刚入门数据分析师的第一个作业,主要面向我们初级数据分析师哦小白的第一个数据可视化作业(上)https://www.bilibili.com/video/BV11Q4y1g7PL/小白的第一个数据可视化作业(下)https://www.bilibili......
  • drf之序列化类
    序列化类介绍1序列化qs对象,单个对象做序列化给前端2反序列化数据校验:前端传入数据---》校验数据是否合法3反序列化---》前端传入数据,存到数据库中#因为咱么在写接口时,需要序列化,需要反序列化,而且反序列化的过程中要做数据校验---》drf直接提供了固定的写法,只要按照固......