Цель LSTM также является одним из его входов?

Вопрос или проблема

У меня есть два входных массива, которые включают как исторические, так и прогнозируемые данные, и один входной массив, который имеет только исторические данные. Я пытаюсь предсказать (или “сделать прогноз”) последний массив, учитывая прогнозы первых двух массивов.

Входные данные:

  • Осадки (исторические и прогнозируемые)
  • Температура воздуха (историческая и прогнозируемая)
  • Объем воды (исторический)

Цель обучения:

  • Объем воды (исторический)

Желаемый вывод модели:

  • Объем воды (прогнозируемый)

Я все еще немного новичок и не совсем понимаю, как это будет работать. Ни один из примеров, которые я нашел, не принимает предыдущее состояние цели в качестве входных данных. Суть проблемы в том, что я мог бы сделать обычную многомерную LSTM, используя только осадки и температуру воздуха в качестве входных данных, но это не учитывало бы начальное состояние воды в контейнере.

Проводя дополнительные поиски, я нашел интересную статью Джейсона Браунли, которая помогла мне лучше понять проблему и одно из потенциальных решений:

модель с несколькими входами, с вводом LSTM для исторических данных и векторным вводом для ожидаемых условий.

Кроме того, функциональный API Keras (https://keras.io/guides/functional_api/) поможет мне построить такую модель.

Ответ или решение

Концепция использования LSTM (долгая краткосрочная память) для прогнозирования временных рядов становится все более популярной в области анализа данных и предсказательной аналитики. В вашем случае задействованы три массива данных: два массива с исторической и прогнозируемой информацией о осадках и температуре, а также один массив с исторической информацией о водном объеме. Основная цель заключается в том, чтобы предсказать будущие значения водного объема на основе этих входных данных.

Введение в LSTM и задачи прогнозирования

LSTM является разновидностью рекуррентных нейронных сетей (RNN), которые подходящи для работы с последовательными данными. Это делает LSTM идеальным инструментом для анализа временных рядов, так как они могут «помнить» информацию на протяжении долгих периодов времени и учитывать зависимость текущего состояния от предыдущих.

Структура вашей задачи

Ваши входные данные и цели можно обобщить следующим образом:

  • Входные данные:

    • Исторические и прогнозируемые значения осадков.
    • Исторические и прогнозируемые значения температуры.
    • Исключительно исторические значения водного объема.
  • Цель:

    • Прогнозирование значения водного объема в будущем на основе вышеуказанных данных.

Учитывая новую структуру вашей задачи, необходимо учитывать текущие данные о водном объеме как часть модели. На практике это может быть реализовано в виде многоуровневой нейронной сети.

Модель LSTM с многоуровневым входом

Ваш подход может быть реализован с помощью Keras и его функционального API, что позволяет создать многоуровневую модель. Эта модель может принимать во внимание как исторические, так и прогнозируемые данные, включая предыдущие состояния водного объема.

1. Структура входных данных

  • Исторические данные: Можно создать последовательность для исторических значений осадков, температуры и водного объема. Например, если у вас есть данные за последние 30 дней, ваша модель будет обрабатывать эти данные в виде порасти.

  • Прогнозируемые данные: Значения осадков и температуры, которые будут использованы в будущем для прогнозирования.

2. Построение модели

С использованием Keras’ функционального API, вы можете создать модель с двумя входами:

  1. Вход для исторических данных (например, LSTM слой):

    • Входные данные: Последовательные данные по осадкам, температуре и водному объему.
  2. Вход для прогнозируемых данных (например, плотный слой):

    • Это могут быть текущие значения для осадков и температуры.

Затем, после обработки, вы можете объединить результаты из этих двух входов и подать их на выходной слой для прогнозирования водного объема.

3. Обучение модели

Для обучения модели необходимо:

  • Разделить данные на тренировочные и тестовые наборы.
  • Использовать функцию потерь, соответствующую вашей задаче (например, MSE – среднеквадратическая ошибка).
  • Провести многократные эпохи обучения, оптимизируя параметры модели и позволяя ей адаптироваться к данным.

Заключение

Использование LSTM для таких задач, где предсказание значений зависит от как исторических, так и прогнозируемых данных, является эффективным подходом. Интеграция предыдущих состояний водного объема в структуру модели позволяет создавать более точные предсказания, учитывая сложные зависимости между временными рядами.

Таким образом, реализация подхода с многоуровневыми входами не только решает вашу проблему, но и открывает возможности для дальнейших экспериментов и улучшения модели. Не стесняйтесь вносить изменения и тестировать различные конфигурации, чтобы достичь наилучших результатов.

Оцените материал
Добавить комментарий

Капча загружается...