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基于贝叶斯优化CNN-GRU网络的数据分类识别算法matlab仿真

article 2024/11/20 19:18:11

1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

3.部分核心程序

4.算法理论概述

4.1卷积神经网络（CNN）

4.2 GRU网络

5.算法完整程序工程

1.算法运行效果图预览

(完整程序运行后无水印)

优化前：

优化后：

2.算法运行软件版本

MATLAB2022a

3.部分核心程序

（完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频）

................................................................
% 训练网络
net = trainNetwork(Pbk_train, Tbk_train, layers, options);

% 对训练集和测试集进行预测
y_pre1 = predict(net, Pbk_train);
y_pre2 = predict(net, Pbk_test);

% 将预测结果转换为类别索引
for i = 1:length(y_pre1)
    [~, II] = max(y_pre1(i, :));
    ylab1(1, i) = II;
end
for i = 1:length(y_pre2)
    [~, II] = max(y_pre2(i, :));
    ylab2(1, i) = II;
end

% 计算预测准确率
Acc1 = sum((ylab1 == T_train)) / Num1;
Acc2 = sum((ylab2 == T_test)) / Num2;

% 绘制训练集预测结果
figure
plot(1:Num1, T_train, 'r-s')   % 真实值
hold on
plot(1:Num1, ylab1, 'b-o')     % 预测值
legend('真实值', '预测值')
title(['训练集预测准确率=', num2str(Acc1)])

% 绘制测试集预测结果
figure
plot(1:Num2, T_test, 'r-s')   % 真实值
hold on
plot(1:Num2, ylab2, 'b-o')    % 预测值
legend('真实值', '预测值')
title(['测试集预测准确率=', num2str(Acc2)])

% 绘制混淆矩阵
figure
subplot(121);
confusionchart(T_train, ylab1);
title('训练集混淆矩阵');

subplot(122);
confusionchart(T_test, ylab2);
title('测试集混淆矩阵');

% 保存结果
save R1.mat Num1 T_train ylab1 T_test ylab2
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4.算法理论概述

贝叶斯优化是一种全局优化方法，特别适用于黑盒函数优化问题，即目标函数的形式未知或者很难计算梯度的情况。贝叶斯优化通过构建一个代理模型（如高斯过程）来近似目标函数，并利用该代理模型来指导搜索过程。

4.1卷积神经网络（CNN）

在时间序列数据中，CNN用于提取局部特征和模式。对于一个长度为T的时间序列数据X = [x_1, x_2, ..., x_T]，通过卷积层可以生成一组特征映射：

CNN通过多个卷积层和池化层的堆叠来提取输入数据的特征。每个卷积层都包含多个卷积核，用于捕捉不同的特征。池化层则用于降低数据的维度，减少计算量并增强模型的鲁棒性。

4.2 GRU网络

GRU（Gated Recurrent Unit）是一种先进的循环神经网络（RNN）变体，专门设计用于处理序列数据，如文本、语音、时间序列等。GRU旨在解决传统RNN在处理长序列时可能出现的梯度消失或梯度爆炸问题，并简化LSTM（Long Short-Term Memory）网络的结构，同时保持其捕获长期依赖关系的能力。

GRU包含一个核心循环单元，该单元在每个时间步t处理输入数据xt并更新隐藏状态ht。其核心创新在于引入了两个门控机制：更新门（Update Gate）和重置门（Reset Gate）。