使用Keras将时间序列数据输入NN

Question

在进入代码之前，先对数据进行一点描述：

具有14个特征的时间序列，但我们只关注于预测指数为2的温度。另外，给定的数据间隔为10分钟：

["Date Time","p (mbar)","T (degC)","Tpot (K)","Tdew (degC)","rh (%)","VPmax (mbar)","VPact (mbar)","VPdef (mbar)","sh (g/kg)","H2OCmmol/mol)","rho (g/m**3)","wv (m/s)","max. wv (m/s)","wd (deg)"]

接下来，作者解析文件并将其存储为numpy数组（注意：float_data不包含时间戳：

^{pr2}$

接下来是一个规范化步骤，我在这里跳过。到目前为止还很简单。下面的步骤定义一个生成器，它生成一个元组(samples, targets)，其中samples是一批输入数据，targets是相应的目标温度数组。它采用以下参数：

1. data：浮点数据的原始数组，我们在上面的代码片段中对其进行了规范化。

2. 回顾：我们的输入数据应该返回多少时间步。

3. 延迟：未来我们的目标应该是多少时间步。

4. min_index和max_index：数据数组中的索引，用于限定从哪个时间步进行绘制。这对于保留一段数据用于验证和另一段用于测试非常有用。

5. 洗牌：是洗牌还是按时间顺序画。

6. 批次大小：每批次的样本数。

7. 步骤：我们采样数据的时间段。我们将设置为6，以便每小时绘制一个数据点。在

   def generator(data, lookback, delay, min_index, max_index,
         shuffle=False, batch_size=128, step=6):
   
       if max_index is None:
           max_index = len(data) - delay - 1
       i = min_index + lookback
       while 1:
           if shuffle:
                rows = np.random.randint(
                min_index + lookback, max_index, size=batch_size)
           else:
               if i + batch_size >= max_index:
                   i = min_index + lookback
           rows = np.arange(i, min(i + batch_size, max_index))
           i += len(rows)
   
           samples = np.zeros((len(rows),
                      lookback // step,
                      data.shape[-1]))
           targets = np.zeros((len(rows),))
           for j, row in enumerate(rows):
               indices = range(rows[j] - lookback, rows[j], step)
               samples[j] = data[indices]
               targets[j] = data[rows[j] + delay][1]
           yield samples, targets
   
   
    lookback = 1440  # Basically, going back 10 days
    step = 6         # Taking an hourly sample     
    delay = 144      # Want to forecast temperature for the next 24 hours
    batch_size = 128
   
    train_gen = generator(float_data,
                 lookback=lookback,
                 delay=delay,
                 min_index=0,
                 max_index=200000,
                 shuffle=True,
                 step=step,
                 batch_size=batch_size)
   
    val_gen = generator(float_data,
               lookback=lookback,
               delay=delay,
               min_index=200001,
               max_index=300000,
               step=step,
               batch_size=batch_size)
   

现在，我明白代码的作用了。如果我错了，请纠正我。它将以以下格式生成输入数据：

每个批次将有128个序列，其中每个序列的长度为240个。例如：

第0批：[[0-239]，[1-240]，[2-241]，…[127-366]]

第1批：[[128-367]，。。。，。。。。]在

在这之后，作者训练了一个简单的模型：

from keras.models import Sequential
from keras import layers
from keras.optimizers import RMSprop

model = Sequential()
model.add(layers.Flatten(input_shape=(lookback // step,   float_data.shape[-1])))
model.add(layers.Dense(32, activation='relu'))
model.add(layers.Dense(1))

model.compile(optimizer=RMSprop(), loss='mae')
history = model.fit_generator(train_gen,
                          steps_per_epoch=500,
                          epochs=20,
                          validation_data=val_gen,
                          validation_steps=val_steps)

我的问题

首先，我不明白为什么数据以这种方式生成并输入神经网络。换句话说，为什么数据不能像下面这样？公司名称：

第0批：[[0-240]，[241-479]，………]

第二，在train_gen中，为什么shuffle参数设置为True？这将导致数据失去时间顺序。在

Answer 1

我想这是Francois Chollet的《深度学习Python》中的一个例子。 Look back是从中生成样本中的观测值的数量。在

步骤将定义观察顺序：

观察指标如下：

X   [i, i+step, i+(2*Step), i+(3*step),...  .. ,(i+look_back/step)] 
y  - [(i+look_back/step)+delay]

批处理数量=此类观察的数量

例如：输入数据

^{pr2}$

对于以下参数：

lookback = 6 step = 2 delay = 2 batch_size = 3

输出为：

 array([[[996.57,  -8.41, 265.01],
     [996.51,  -8.31, 265.12],
     [996.5 ,  -8.05, 265.38]],

    [[996.53,  -8.51, 264.91],
     [996.51,  -8.27, 265.15],
     [996.5 ,  -7.62, 265.81]],

    [[996.51,  -8.31, 265.12],
     [996.5 ,  -8.05, 265.38],
     [996.5 ,  -7.62, 265.81]]]), array([-8.43, -8.76, -8.88])]

设置shuffle=True并不重要，因为观察总是从索引回溯到特定索引。在

过去10天的每小时读数用于预测24小时后的温度。因此，以这种格式生成数据[[0-240]，[241-479]，………]将不能提供预测（24小时+10分钟）温度的观测值