[人工智能]GRU时间序列数据分类预测

目的：通过一段时间的数据，预测后面一段时间的类别，比如输入数据是1-50步的变量，预测的是50-60步的类别。

?

输入变量的数目：15

预测的类别数：0,1,2,3,4,10 （1类数目最多，数据不均衡）

GRU模型参数解释：

参考链接：[Pytorch系列-54]：循环神经网络 - torch.nn.GRU（）参数详解_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_nn.gru参数

?input_size:?输入序列的变量的数目。

hidden_size:?隐藏层的特征的数目。

num_layers:?GRU层的数目。

bias：是否需要偏置，默认是True（需要）。

batch_first:?用于确定batch size是否需要放到输入输出数据形状的最前面。

若为True，?则输入、输出的tensor的格式为(batch，?seq_len，?feature)

若为False，则输入、输出的tensor的格式为(seq_len，batch，feature)

默认是False。

为什么需要该参数呢？

在CNN网络和全连接网络，batch通常位于输入数据形状的最前面。

而对于具有时间信息的序列化数据，通常需要把seq放在最前面，需要把序列数据串行地输入网络中。（那我的模型不能设置为True？？？）

seq_len:?输入序列的长度。在我的情形下可以为50。

搭建GRU网络：

参考链接：pytorch使用torch.nn.Sequential快速搭建神经网络 - pytorch中文网

self.gru = nn.GRU(self.input_size, self.hidden_size, self.num_layers, batch_first=True, dropout=self.dropout)
self.fc = nn.Sequential(nn.Linear(self.hidden_size, self.output_size), nn.Sigmoid())

self.gru = torch.nn.GRU(self.input_size, self.hidden_size, self.num_layers, batch_first=True)
self.fc1 = torch.nn.Linear(self.hidden_size, 4)
self.fc2 = torch.nn.Linear(self.hidden_size, 4)
self.fc3 = torch.nn.Linear(self.hidden_size, 4)
self.fc4 = torch.nn.Linear(self.hidden_size, 4)
self.fc5 = torch.nn.Linear(self.hidden_size, 4)       
self.softmax = torch.nn.Softmax(dim=1)

nn.Sequential：是一个Sequential容器，模块将按照构造函数中传递的顺序添加到模块中。另外，也可以传入一个有序模块。使用torch.nn.Sequential会自动加入激励函数。

torch.nn.Sequential与torch.nn.Module区别与选择

• 使用torch.nn.Module，我们可以根据自己的需求改变传播过程，如RNN等

• 如果你需要快速构建或者不需要过多的过程，直接使用torch.nn.Sequential即可

nn.Linear(input_dim,?output_dim)

torch.nn.Softmax(dim=1)

参考链接:?torch.nn.Softmax_CtrlZ1的博客-CSDN博客_torch.nn.softmax

?tensor([[0.3458, 0.0596, 0.5147],

? ? ? ? ? ? ? [0.3774, 0.7503, 0.3705],

? ? ? ? ? ? ??[0.2768, 0.1901, 0.1148]])

?dim=0表示对于第一个维度的对应下标之和是1,?即0.3458+0.3774+0.2768=1、0.0596+0.7503+0.1901=1。

tensor([[0.3381, 0.1048, 0.5572],

? ? ? ? ? ? [0.1766, 0.6315, 0.1919],

? ? ? ? ? ? [0.3711, 0.4586, 0.1704]])

dim=1表示对于第二维度而言，对应下标之和为1，0.3381+0.1048+0.5572=1, 0.1766+0.6315+0.1919=1，即所有列的对应下标之和为1。

?一些报错记录：

1.?计算交叉熵损失使用的output必须是softmax输出的概率而不是argmax之后得到的类别。

RuntimeError: Expected floating point type for target with class probabilities, got Long

语义分割损失函数系列(1):交叉熵损失函数_spectrelwf的博客-CSDN博客_语义分割交叉熵

2.?加载生成训练数据集的时候报错。

Ran out of input

python报错Ran out of input_在上树的路上的博客-CSDN博客

因为生成的数据集太大了，要减少数据集。（The actually error is?OverflowError: cannot serialize a bytes object larger than 4 GiB. You have to reduce the size of the input.）

3.? 输入张量和隐藏张量不在一个device上。

h_0 = torch.zeros(self.num_layers, batch_size, self.hidden_size)

Input and hidden tensors are not at the same device, found input tensor at cuda:0 and hidden tensor at cpu

h_0 = torch.zeros(self.num_layers, batch_size, self.hidden_size).to(Train.device)

Input and hidden tensors are not at the same device, found input tensor at cpu and
and hidden tensor at cuda:0 

?解决方法：

output, _ = self.gru(input_seq.to(Train.device), h_0)

（input_seq后面加上to(Train.device)）

4.?预测和真实标签长度不一致。

报错：Found input variables with inconsistent numbers of samples

y_true.shape?

y_predict.shape

查看真实值和预测值的形状。