【BP回归预测】基于BP神经网络的数据回归预测附matlab完整代码
  sighgy4X1iDp 2023年11月02日 27 0

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⛄ 内容介绍

基于BP神经网络的数据回归预测是一种常用的方法,用于建立输入和输出之间的非线性映射关系,并进行预测。

以下是基于BP神经网络的数据回归预测的一般步骤:

  1. 数据准备:准备用于训练和测试的数据集。数据集应包括输入特征和对应的目标输出。
  2. 网络构建:构建BP神经网络模型,包括输入层、隐藏层和输出层。输入层接收特征数据,输出层产生预测结果。
  3. 初始化权重和偏置:将网络中的权重和偏置初始化为随机值。权重和偏置是BP神经网络中的可调参数,需要在训练过程中进行调整。
  4. 前向传播:将训练数据输入神经网络,通过前向传播计算神经元的输出值,得到预测结果。
  5. 计算误差:将预测结果与实际目标值进行比较,计算误差。常用的误差函数包括均方误差(MSE)或平均绝对误差(MAE)等。
  6. 反向传播:根据误差,使用反向传播算法更新权重和偏置。反向传播通过计算梯度来调整网络参数,以减小误差。
  7. 重复迭代:重复进行前向传播和反向传播,直到达到预设的停止条件(如达到最大迭代次数、误差小于阈值等)。
  8. 预测:使用训练好的BP神经网络模型对新的输入数据进行预测。将输入数据通过网络传播,并得到对应的输出结果。
  9. 评估性能:使用适当的评估指标(如均方根误差、平均绝对误差)来评估模型在测试集上的预测性能。可以将预测结果与实际值进行比较,分析模型的准确性和泛化能力。

⛄ 代码

%%  清空环境变量
warning off             % 关闭报警信息
close all               % 关闭开启的图窗
clear                   % 清空变量
clc                     % 清空命令行

%%  导入数据
res = xlsread('数据集.xlsx');

%%  划分训练集和测试集
temp = randperm(103);

P_train = res(temp(1: 80), 1: 7)';
T_train = res(temp(1: 80), 8)';
M = size(P_train, 2);

P_test = res(temp(81: end), 1: 7)';
T_test = res(temp(81: end), 8)';
N = size(P_test, 2);

%%  数据归一化
[p_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);
p_test = mapminmax('apply', P_test, ps_input);

[t_train, ps_output] = mapminmax(T_train, 0, 1);
t_test = mapminmax('apply', T_test, ps_output);

%%  创建网络
net = newff(p_train, t_train, 5);

%%  设置训练参数
net.trainParam.epochs = 1000;     % 迭代次数 
net.trainParam.goal = 1e-6;       % 误差阈值
net.trainParam.lr = 0.01;         % 学习率

%%  训练网络
net= train(net, p_train, t_train);

%%  仿真测试
t_sim1 = sim(net, p_train);
t_sim2 = sim(net, p_test );

%%  数据反归一化
T_sim1 = mapminmax('reverse', t_sim1, ps_output);
T_sim2 = mapminmax('reverse', t_sim2, ps_output);

%%  均方根误差
error1 = sqrt(sum((T_sim1 - T_train).^2) ./ M);
error2 = sqrt(sum((T_sim2 - T_test ).^2) ./ N);

%%  绘图
figure
plot(1: M, T_train, 'r-*', 1: M, T_sim1, 'b-o', 'LineWidth', 1)
legend('真实值', '预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
string = {strcat('训练集预测结果对比:', ['RMSE=' num2str(error1)])};
title(string)
xlim([1, M])
grid

figure
plot(1: N, T_test, 'r-*', 1: N, T_sim2, 'b-o', 'LineWidth', 1)
legend('真实值', '预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
string = {strcat('测试集预测结果对比:', ['RMSE=' num2str(error2)])};
title(string)
xlim([1, N])
grid

%%  相关指标计算
%  R2
R1 = 1 - norm(T_train - T_sim1)^2 / norm(T_train - mean(T_train))^2;
R2 = 1 - norm(T_test -  T_sim2)^2 / norm(T_test  - mean(T_test ))^2;

disp(['训练集数据的R2为:', num2str(R1)])
disp(['测试集数据的R2为:', num2str(R2)])

%  MAE
mae1 = sum(abs(T_sim1 - T_train)) ./ M ;
mae2 = sum(abs(T_sim2 - T_test )) ./ N ;

disp(['训练集数据的MAE为:', num2str(mae1)])
disp(['测试集数据的MAE为:', num2str(mae2)])

%  MBE
mbe1 = sum(T_sim1 - T_train) ./ M ;
mbe2 = sum(T_sim2 - T_test ) ./ N ;

disp(['训练集数据的MBE为:', num2str(mbe1)])
disp(['测试集数据的MBE为:', num2str(mbe2)])

%  RMSE
disp(['训练集数据的RMSE为:', num2str(error1)])
disp(['测试集数据的RMSE为:', num2str(error2)])

%%  绘制散点图
sz = 25;
c = 'b';

figure
scatter(T_train, T_sim1, sz, c)
hold on
plot(xlim, ylim, '--k')
xlabel('训练集真实值');
ylabel('训练集预测值');
xlim([min(T_train) max(T_train)])
ylim([min(T_sim1) max(T_sim1)])
title('训练集预测值 vs. 训练集真实值')

figure
scatter(T_test, T_sim2, sz, c)
hold on
plot(xlim, ylim, '--k')
xlabel('测试集真实值');
ylabel('测试集预测值');
xlim([min(T_test) max(T_test)])
ylim([min(T_sim2) max(T_sim2)])
title('测试集预测值 vs. 测试集真实值')

⛄ 运行结果

【BP回归预测】基于BP神经网络的数据回归预测附matlab完整代码_无人机

【BP回归预测】基于BP神经网络的数据回归预测附matlab完整代码_神经网络_02

【BP回归预测】基于BP神经网络的数据回归预测附matlab完整代码_数据_03

【BP回归预测】基于BP神经网络的数据回归预测附matlab完整代码_无人机_04

⛄ 参考文献

[1] 孔宪军.基于MATLAB的爆破震动研究及震动强度的智能预测[D].山东科技大学,2006.DOI:10.7666/d.D304195.

[2] 汤立涛,莫杨辉.基于BP神经网络与多元回归的公路客运量预测研究[J].交通科技, 2017(5):4.DOI:10.3963/j.issn.1671-7570.2017.05.036.

[3] 熊辉霞,张耀庭,苗雨.基于BP神经网络的体外索索力预测及MATLAB实现[J].广西大学学报:自然科学版, 2011, 36(1):4.DOI:10.3969/j.issn.1001-7445.2011.01.011.

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最后一次编辑于 2023年11月08日 0

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