基于CNN-BiLSTM-selfAttention混合神经网络的多分类预测【MATLAB】

在深度学习中，不同神经网络架构的组合往往可以实现更强大的表现。将卷积神经网络（CNN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和自注意力机制（Self-Attention）结合在一起，可以充分发挥三者的优势。这种混合网络在自然语言处理、时间序列分析等领域的多分类预测中表现卓越。本文将详细介绍该混合网络的原理、结构以及其实现。

一、CNN-BiLSTM-SelfAttention

这种混合模型结合了三种网络的优点：
CNN：擅长捕捉局部模式，提取低层次的特征，尤其适用于捕捉时空数据的局部依赖关系。
BiLSTM：能够处理长距离依赖，并从前向和后向两个方向捕获时间序列的上下文信息。
Self-Attention：让模型专注于输入序列中最重要的信息部分，赋予网络更强的全局特征建模能力。
通过结合这些方法，CNN用于初步特征提取，BiLSTM捕获时间序列上下文依赖，Self-Attention进一步提炼特征权重，从而构建一个强大的模型。

二、模型结构与原理

1. 整体架构
模型的核心结构如下：
输入层：接受序列数据（如文本或时间序列）。
CNN层：使用卷积核提取局部特征。
BiLSTM层：捕捉前后文的时间依赖。
Self-Attention层：动态调整序列中各部分的权重，关注关键特征。
全连接层（Dense Layer）：将提取的特征映射到最终的分类结果。
输出层：生成多分类结果。

2. CNN模块
CNN主要用于提取输入序列中的局部特征。通过卷积核对输入数据进行扫描，CNN能够捕获局部模式（如关键短语、特征模式等）。

3. BiLSTM模块
BiLSTM是双向LSTM的简化形式，能够同时捕捉前向和后向的时间依赖信息。

4. Self-Attention模块
Self-Attention机制通过计算输入序列各部分之间的相关性，动态调整特征的权重。Self-Attention的输出是对输入序列加权求和后的特征表示，能够突出序列中最重要的信息。

5. 输出层
通过全连接层（Dense Layer）将提取的高维特征映射到分类结果

四、模型的优势

局部特征提取：CNN高效提取序列中的局部模式。
长距离依赖捕获：BiLSTM捕捉前后文的语义信息。
动态权重调整：Self-Attention通过加权关注关键特征。

五、运行结果

六、代码与数据集下载

下载链接：https://mbd.pub/o/bread/Z5yclZZr