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python - Keras LSTM 自动编码器时间序列重建

coder 2023-08-14 原文

我正在尝试使用 LSTM 自动编码器 (Keras) 重建时间序列数据。 现在我想在少量样本上训练自动编码器(5 个样本，每个样本有 500 个时间步长并且有 1 个维度)。我想确保该模型可以重建这 5 个样本，然后我将使用所有数据(6000 个样本)。

window_size = 500
features = 1
data = data.reshape(5, window_size, features)

model = Sequential()

model.add(LSTM(256, input_shape=(window_size, features), 
return_sequences=True))
model.add(LSTM(128, input_shape=(window_size, features), 
return_sequences=False))
model.add(RepeatVector(window_size))

model.add(LSTM(128, input_shape=(window_size, features), 
return_sequences=True))
model.add(LSTM(256, input_shape=(window_size, features), 
return_sequences=True))
model.add(TimeDistributed(Dense(1)))

model.compile(optimizer='adam', loss='mse')
model.fit(data, data, epochs=100, verbose=1)

Model

训练:

Epoch 1/100
5/5 [==============================] - 2s 384ms/step - loss: 0.1603
...
Epoch 100/100
5/5 [==============================] - 2s 388ms/step - loss: 0.0018

训练后，我尝试重建 5 个样本之一:

yhat = model.predict(np.expand_dims(data[1,:,:], axis=0), verbose=0)

重构:蓝色
输入:橙色

为什么在损失很小的情况下重建如此糟糕？我怎样才能使模型更好？谢谢。

最佳答案

更新: 下面的答案基于旧版本并基于当前的 LSTM 文档，输入的形状应为 [batch, timesteps, feature]! 看到这个:https://github.com/keras-team/keras/blob/b80dd12da9c0bc3f569eca3455e77762cf2ee8ef/keras/layers/rnn/lstm.py#L481

旧答案:

在我看来，时间序列应该以这种格式提供给 LSTM:

 (samples, features , window_size)

因此，如果您更改格式，例如我交换了变量，然后查看结果:

[![在此处输入图片描述][1]][1]

重现结果的代码(我没有更改变量的名称，所以请不要混淆:)):

import numpy as np
import keras
from keras import Sequential
from keras.layers import Dense, RepeatVector,        TimeDistributed
from keras.layers import LSTM

N = 10000
data = np.random.uniform(-0.1, 0.1, size=(N, 500))
data = data.cumsum(axis=1)
print(data.shape)
window_size = 1
features = 500
data = data.reshape(N, window_size, features)

model = Sequential()

model.add(LSTM(32, input_shape=
(window_size,features), 
return_sequences=True))
model.add(LSTM(16, input_shape=(window_size,   
features), 
return_sequences=False))
model.add(RepeatVector(window_size))

model.add(LSTM(16, input_shape=(window_size, 
features), 
return_sequences=True))
model.add(LSTM(32, input_shape=(window_size,   
features), 
return_sequences=True))
model.add(TimeDistributed(Dense(500)))

model.compile(optimizer='adam', loss='mse')
model.fit(data, data, epochs=100, verbose=1)


yhat = model.predict(np.expand_dims(data[1,:,:],   axis=0), verbose=0)
plot(np.arange(500), yhat[0,0,:])
plot(np.arange(500), data[1,0,:])

归功于 sobe86:我使用了他/她建议的数据。 [1]: /image/5JUDN.png

关于python - Keras LSTM 自动编码器时间序列重建，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/53509911/

pythonKeraswindow_sizemodelfeaturestime-serieslstmautoencoder

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