使用深度学习预测放假任务 深度预测模型

大家好，我是微学AI，今天给大家带来深度学习框架keras的实战项目，用于基本的企业数据分析，预测企业净利润情况，并利用灰色预测函数GM11进行预测模型。我们拿到企业数据，这里参数抽象成x1-x9，y表示净利润，数据如下：

下面我们开始编写代码进行分析，首先我们引入库：

import numpy as np
import pandas as pd
from keras.models import Sequential  
from keras.layers.core import Dense, Activation
import matplotlib.pylab as plt   # 绘制图像库

 编写GM11灰色预测函数, 灰色预测函数是通过少量的、不完全的信息，建立数学模型并做出预测的一种预测方法。它是基于客观事物的过去和现在的发展规律，利用科学的方法对未来的发展趋势和状况进行描述和分析，灰色预测函数如下：

def GM11(x0): #自定义灰色预测函数
  import numpy as np
  x1 = x0.cumsum() #1-AGO序列
  z1 = (x1[:len(x1)-1] + x1[1:])/2.0 
  z1 = z1.reshape((len(z1),1))
  B = np.append(-z1, np.ones_like(z1), axis = 1)
  Yn = x0[1:].reshape((len(x0)-1, 1))
  [[a],[b]] = np.dot(np.dot(np.linalg.inv(np.dot(B.T, B)), B.T), Yn) #计算参数
  f = lambda k: (x0[0]-b/a)*np.exp(-a*(k-1))-(x0[0]-b/a)*np.exp(-a*(k-2)) #还原值
  delta = np.abs(x0 - np.array([f(i) for i in range(1,len(x0)+1)]))
  C = delta.std()/x0.std()
  P = 1.0*(np.abs(delta - delta.mean()) < 0.6745*x0.std()).sum()/len(x0)
  return f, a, b, x0[0], C, P #返回灰色预测函数、a、b、首项、方差比、小残差概率

 读取数据：

data = pd.read_csv('data.csv') #读取数据
data.index = range(2000,2020) # 标注索引信息年份

 数据操作，预测2020-2022这三年的企业各参数的预测值

data.loc[2020] = None
data.loc[2021] = None
data.loc[2022] = None
l = ['x1', 'x2', 'x3', 'x4', 'x5', 'x7']
l1 = ['x3','x5','x7']
for i in l1:
  f,_,_,_,C,_ = GM11(data[i].loc[range(2000,2020)].values)
  print("%s后验差比值：%0.4f"%(i,C))   #后验差比值c，即：真实误差的方差同原始数据方差的比值。
  data[i].loc[2020] = f(len(data)-2) #2014年预测结果
  data[i].loc[2021] = f(len(data)-1) #2015年预测结果
  data[i].loc[2022] = f(len(data))  # 2016年预测结果
  data[i] = data[i].round(2) #保留两位小数

data[l1+['y']].to_csv('GM11.csv') #结果输出

生成的数据并读取：

data = pd.read_csv('GM11.csv',index_col = 0) #读取数据
feature = ['x3','x5','x7']  # 提取特征

 取2020年前的数据进行建模，数据标准化 后进行训练

data_train = data.loc[range(2000,2020)] #取2014年前的数据建模
print(data_train)
data_mean = data_train.mean()
data_std = data_train.std()
data_train = (data_train - data_mean)/data_std  #数据标准化 后进行训练

x_train = data_train[feature].values #特征数据
y_train = data_train['y'].values #标签数据

 建立keras神经网络

model = Sequential() #建立模型
model.add(Dense(12,activation='relu',input_dim=3))
model.add(Dense(24,activation='relu'))  # 隐藏层
model.add(Dense(1))  # 输出层
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='adam') #编译模型
model.fit(x_train, y_train, epochs = 10000, batch_size = 16,verbose=2) #训练模型，训练1000次
model.save_weights('net.model') #保存模型参数

 训练过程：

Epoch 1/10000
2/2 - 0s - loss: 0.6044 - 421ms/epoch - 210ms/step
Epoch 2/10000
2/2 - 0s - loss: 0.5691 - 996us/epoch - 498us/step
Epoch 3/10000
2/2 - 0s - loss: 0.5365 - 2ms/epoch - 975us/step
Epoch 4/10000
2/2 - 0s - loss: 0.5037 - 3ms/epoch - 1ms/step
Epoch 5/10000
2/2 - 0s - loss: 0.4765 - 2ms/epoch - 997us/step
Epoch 6/10000
2/2 - 0s - loss: 0.4492 - 2ms/epoch - 1ms/step
Epoch 7/10000
2/2 - 0s - loss: 0.4218 - 2ms/epoch - 997us/step
Epoch 8/10000
2/2 - 0s - loss: 0.3960 - 2ms/epoch - 998us/step
Epoch 9/10000
2/2 - 0s - loss: 0.3678 - 993us/epoch - 496us/step
Epoch 10/10000
2/2 - 0s - loss: 0.3436 - 2ms/epoch - 980us/step

 模型预测与保存

x = ((data[feature] - data_mean[feature])/data_std[feature]).values
data[u'y_pred'] = model.predict(x) * data_std['y'] + data_mean['y']
data.to_csv('result.csv')

 预测结果绘图：

p = pd.read_csv('result.csv')
p = p[['y','y_pred']].copy()
p.index=range(2000,2023)
p.plot(style=['b-o','r-*'],xticks=p.index,figsize=(15,5))
plt.xlabel("Year")
plt.show()

 

可以看出2000-2019预测值基本与真实值吻合，2020-2022预测结果呈现上升趋势。