活动介绍

from tabnanny import verbose import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns import xgboost from sklearn.model_selection import train_test_split, GridSearchCV from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor from xgboost import XGBRegressor from sklearn.metrics import mean_squared_error, r2_score, mean_absolute_error, confusion_matrix, accuracy_score from 实验1 import param_grid # 解决中文显示问题 plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # ----------------------------- 1. 数据加载与预处理 ----------------------------- def load_and_preprocess_data(): """加载数据并执行预处理""" df = pd.read_excel('.che22.xlsx') # 处理缺失值(将'暂无'替换为NaN) df.replace('暂无', np.nan, inplace=True) # 字段格式转换 df['售价'] = df['售价'].str.replace('万', '').astype(float) df['新车指导价'] = df['新车指导价'].str.replace('万', '').astype(float) df['里程'] = df['里程'].str.replace('万公里', '').astype(float) df['过户次数'] = df['过户次数'].str.replace('次', '').astype(float) # 提取品牌前4字符(如“奔驰GLC” → “奔驰”) df['品牌'] = df['品牌'].str[:4] # 更合理的品牌提取方式 # 计算车龄(修复空值问题) current_year = pd.Timestamp.now().year df['上牌时间'] = pd.to_numeric(df['上牌时间'].str[:4], errors='coerce') # 转换为年份数字 df['车龄'] = current_year - df['上牌时间'] # 排量处理(正则提取数值 + 填充均值) df['排量'] = df['排量'].astype(str).str.extract(r'(\d+\.?\d*)', expand=False).astype(float) df['排量'].fillna(df['排量'].mean(), inplace=True) # 删除重复项 df.drop_duplicates(inplace=True) df.reset_index(drop=True, inplace=True) return df # 加载数据 df = pd.read_excel('./che22.xlsx') # ----------------------------- 2. 探索性数据分析(EDA) ----------------------------- # 箱线图:检测异常值 fig, ax = plt.subplots(1, 2, figsize=(16, 6)) df.boxplot(column=['里程'], ax=ax[0], flierprops={'marker': 'o', 'markerfacecolor': 'red', 'markersize': 4}) df.boxplot(column=['售价'], ax=ax[1], flierprops={'marker': 'o', 'markerfacecolor': 'red', 'markersize': 4}) plt.suptitle('里程与售价异常值检测') plt.show()

时间: 2025-07-10 10:41:31 浏览: 14
<think>好的,我需要回答用户关于如何正确加载、清洗和检测二手车销售数据的问题。首先,根据用户的引用内容,数据集是“used_car_train_20200313.csv”,所以第一步是数据加载。用户提到使用Python的话可能需要pandas库,记得要检查路径是否正确,编码方式可能有中文或其他字符,可能需要用encoding参数指定,比如'utf-8'或'gbk'。同时,还要查看数据的前几行和基本信息,如shape、info()、describe(),这些能帮助了解数据结构和缺失情况。 接下来是数据清洗。用户提到的缺失值处理,应该先统计各列的缺失比例,然后根据情况处理。比如,品牌、车型这类重要字段如果缺失太多可能需要删除行,而数值型字段如里程数可以考虑用均值或中位数填充。另外,异常值检测方面,用户想检测价格、公里数这些数值变量。可以用箱线图或3σ原则找出离群点。比如价格过低或过高可能是异常,需要结合业务背景判断是否合理。 然后是数据类型的转换,比如制造年份应该是日期类型,但可能以整数存储,可能需要转换或分箱处理。分类变量如品牌、车型可能需要编码,比如用LabelEncoder或OneHotEncoder。还有重复值处理,用duplicated()和drop_duplicates()来处理。 在探索性分析部分,用户可能想了解不同品牌的价格分布,公里数与价格的关系,年份对价格的影响等。可视化方面,可以用直方图、散点图、折线图,比如引用[2]提到的公里数与数量的折线图。此外,相关性分析可以帮助找出影响价格的主要因素,比如用相关系数矩阵或热力图。 需要注意的是,预处理时要分步骤进行,每一步处理完后都要检查数据,比如用head()或info()确认更改是否正确。异常值的处理可能需要业务知识,比如二手车的价格不可能为负数,或者里程数过高可能不现实,需要根据实际情况判断是否删除或修正。 最后,还要考虑数据预处理的流程是否可复现,比如保存清洗后的数据到新文件,方便后续分析。可能还需要处理文本数据,比如车型中的特殊字符或统一大小写,确保数据一致性。整个过程需要仔细记录每个步骤,方便回溯和调整。</think>### 二手车数据加载、预处理及探索性数据分析步骤 #### 一、数据加载 1. **文件读取** 使用Python的`pandas`库加载CSV文件,并检查编码格式(如`utf-8`或`gbk`): ```python import pandas as pd df = pd.read_csv('used_car_train_20200313.csv', encoding='gbk') ``` 2. **初步数据预览** - 查看前5行:`df.head()` - 检查数据维度:`df.shape` - 查看列名和数据类型:`df.info()` - 数值型字段统计摘要:`df.describe()` (引用[3]提到需先预览数据基本信息[^3]) --- #### 二、数据清洗 1. **缺失值处理** - 统计缺失比例:`df.isnull().sum() / len(df)` - **处理策略**: - 若字段缺失率>30%(如“事故历史”),考虑删除该列 - 数值型字段(如“里程数”)用中位数填充:`df['mileage'].fillna(df['mileage'].median(), inplace=True)` - 分类字段(如“品牌”)用众数填充:`df['brand'].fillna(df['brand'].mode()[0], inplace=True)` 2. **异常值检测** - **数值型变量(价格、公里数)**: - 箱线图分析:`sns.boxplot(x=df['price'])` - 3σ原则:过滤`|值-均值| > 3*标准差`的数据 - 业务逻辑判断:如价格低于1000元或高于200万元视为异常 - **文本型变量(车型、品牌)**: - 检查无效字符(如“##N/A”),统一命名格式 3. **重复值处理** ```python df.drop_duplicates(inplace=True) ``` 4. **数据类型转换** - 将“制造年份”转为时间格式:`pd.to_datetime(df['year'], format='%Y')` - 分类变量编码(如品牌):`pd.get_dummies(df['brand'])` --- #### 三、探索性分析(EDA) 1. **单变量分析** - 价格分布直方图:`plt.hist(df['price'], bins=50)` - 品牌频次统计:`df['brand'].value_counts().plot(kind='bar')` 2. **多变量分析** - 公里数与价格关系:散点图`plt.scatter(df['mileage'], df['price'])` - 不同品牌平均价格对比:`df.groupby('brand')['price'].mean().sort_values()` 3. **相关性分析** ```python corr_matrix = df[['price','mileage','year']].corr() sns.heatmap(corr_matrix, annot=True) ``` (引用[2]提到可通过可视化分析公里数与车辆数量关系[^2]) --- #### 四、注意事项 1. **流程记录**:保存清洗后的数据到新文件(如`cleaned_data.csv`) 2. **反爬兼容性**:若数据来源于爬虫,需检查格式一致性(引用[4]强调预处理需考虑异常处理[^4]) ---
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""" XGBoost房价预测模板 适用于回归任务 """ # 基础库 import pandas as pd import numpy as np # 预处理和评估 from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import mean_squared_error, mean_absolute_error, r2_score from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 可视化 import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns # XGBoost import xgboost as xgb # 1. 数据加载 # 替换为你的数据路径 data = pd.read_csv('F:\房地产\删改.csv') # 显示数据前五行 print("数据预览:") print(data.head(3)) # 2. 数据预处理 # 删除包含缺失值的行(根据实际情况调整处理方式) data = data.dropna() # 分离特征和目标变量(假设目标列名为'price') X = data.drop('房价', axis=1) y = data['房价'] # 处理分类特征(示例) categorical_cols = data['商业营业用房','办公楼','其他用房'] X = pd.get_dummies(X, columns=categorical_cols) # 数据标准化(根据需求选择) scaler = StandardScaler() X = scaler.fit_transform(X) # 划分训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( X, y, test_size=0.2, random_state=42 ) # 3. 模型配置 model = xgb.XGBRegressor( objective='reg:squarederror', # 回归任务 n_estimators=1000, # 树的数量 learning_rate=0.01, # 学习率 max_depth=5, # 树的最大深度 subsample=0.8, # 样本采样比例 colsample_bytree=0.8, # 特征采样比例 reg_alpha=0.1, # L1正则化 reg_lambda=1, # L2正则化 random_state=42, early_stopping_rounds=50 # 早停法 ) # 4. 模型训练 model.fit( X_train, y_train, eval_set=[(X_test, y_test)], # 验证集 verbose=10 # 每10轮显示进度 ) # 5. 模型评估 # 预测结果 y_pred = model.predict(X_test) # 计算评估指标 mse = mean_squared_error(y_test, y_pred) rmse = np.sqrt(mse) mae = mean_absolute_error(y_test, y_pred) r2 = r2_score(y_test, y_pred) print(f"\n模型评估:") print(f"MSE: {mse:.2f}") print(f"RMSE: {rmse:.2f}") print(f"MAE: {mae:.2f}") print(f"R² Score: {r2:.2f}") # 6. 特征重要性可视化 # feature_importance = model.feature_importances_ # sorted_idx = np.argsort(feature_importance)[::-1] # # plt.figure(figsize=(12, 6)) # plt.title("特征重要性") # sns.barplot(x=feature_importance[sorted_idx][:15], # 显示前15个重要特征 # y=X.columns[sorted_idx][:15] 这个代码疫情结果哪个地方出现了问题,怎样改正这个问题?

import pandas as pd import numpy as np import seaborn as sns import matplotlib.pyplot as plt %matplotlib inline import tensorflow as tf import random from cv2 import resize from glob import glob import warnings warnings.filterwarnings("ignore")img_height = 244 img_width = 244 train_ds = tf.keras.utils.image_dataset_from_directory( 'D:/Faulty_solar_panel', validation_split=0.2, subset='training', image_size=(img_height, img_width), batch_size=32, seed=42, shuffle=True) val_ds = tf.keras.utils.image_dataset_from_directory( 'D:/Faulty_solar_panel', validation_split=0.2, subset='validation', image_size=(img_height, img_width), batch_size=32, seed=42, shuffle=True)class_names = train_ds.class_names print(class_names) train_dsbase_model = tf.keras.applications.VGG16( include_top=False, weights='imagenet', input_shape=(img_height, img_width, 3) ) base_model.trainable = False inputs = tf.keras.Input(shape=(img_height, img_width, 3)) x = tf.keras.applications.vgg16.preprocess_input(inputs) x = base_model(x, training=False) x = tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D()(x) x = tf.keras.layers.Dropout(0.3)(x) outputs = tf.keras.layers.Dense(90)(x) model = tf.keras.Model(inputs, outputs) model.summary()model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(0.001), loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy'])epoch = 15 model.fit(train_ds, validation_data=val_ds, epochs=epoch, callbacks = [ tf.keras.callbacks.EarlyStopping( monitor="val_loss", min_delta=1e-2, patience=3, verbose=1, restore_best_weights=True ) ] )# fine tuning base_model.trainable = True for layer in base_model.layers[:14]: layer.trainable = False model.summary()model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(0.0001), loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy'])epoch = 15 history = model.fit(train_ds, validation_data=val_ds, epochs=epoch, callbacks = [ tf.keras.callbacks.EarlyStopping( monitor="val_loss", min_delta=1e-2, patience=3, verbose=1, ) ] )改进代码,使用更好的模型

import numpy as np import pandas as pd import xgboost as xgb from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import mean_absolute_error, r2_score # 从Excel文件中读取数据 noisy_df = pd.read_excel('015.xlsx', engine='openpyxl') clean_df = pd.read_excel('000.xlsx', engine='openpyxl') # 取前50000行数据 noisy_df = noisy_df.iloc[:50000] clean_df = clean_df.iloc[:50000] # 只取前50000组数据 X_noisy = noisy_df.to_numpy().reshape(-1, 10) X_clean = clean_df.to_numpy().reshape(-1, 10) # 生成目标数据 y,预测序列中最后一个干净数据点 y = X_clean[:, -1] # 数据集划分(60%训练,20%验证,20%测试) X_train, X_temp, y_train, y_temp = train_test_split(X_noisy, y, test_size=0.4, random_state=42) X_valid, X_test, y_valid, y_test = train_test_split(X_temp, y_temp, test_size=0.5, random_state=42) # XGBoost 训练 xgb_model = xgb.XGBRegressor( objective='reg:squarederror', n_estimators=500, learning_rate=0.05, max_depth=6, subsample=0.8, colsample_bytree=0.8, random_state=42, early_stopping_rounds=10 # 将 early_stopping_rounds 移至此处 ) xgb_model.fit( X_train, y_train, eval_set=[(X_valid, y_valid)], verbose=False ) # 预测 y_pred = xgb_model.predict(X_test) # 评估模型 mse = np.mean((y_pred - y_test) ** 2) mae = mean_absolute_error(y_test, y_pred) r2 = r2_score(y_test, y_pred) print(f'Test MSE: {mse:.6f}, MAE: {mae:.6f}, R² Score: {r2:.4f}')Test MSE: 0.015968, MAE: 0.100940, R² Score: -0.0048数值不太好如何修改模型

import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns from sklearn.model_selection import train_test_split, cross_val_score, StratifiedKFold from sklearn.linear_model import LogisticRegression from sklearn.metrics import (accuracy_score, precision_score, recall_score, f1_score, roc_auc_score, confusion_matrix, classification_report, roc_curve, auc) from sklearn.preprocessing import StandardScaler from sklearn.feature_selection import SelectKBest, f_classif from imblearn.over_sampling import SMOTE # 处理不平衡数据 # 读取数据 file_path = '神经外科-sheet2_imputed.xlsx' data = pd.read_excel(file_path, sheet_name='Sheet1') # 数据预处理 feature_columns = ['年龄', '转运时间', '意识情况', '有无氧气枕', '有无氧气瓶', '有无心电监护仪', '有无微量泵', '有无PEEP简易呼吸气囊', '有无便携式指脉氧', '有无呼吸问题', '有无循环问题', 'P', 'R', 'BP收缩压', 'BP舒张压', 'SpO2', 'T', 'GCS'] X = data[feature_columns] y = data['病情变化'] # 标准化特征 scaler = StandardScaler() X_scaled = scaler.fit_transform(X) # 特征选择 - 选择最重要的10个特征 selector = SelectKBest(f_classif, k=10) X_selected = selector.fit_transform(X_scaled, y) # 处理不平衡数据 smote = SMOTE(random_state=42) X_res, y_res = smote.fit_resample(X_selected, y) # 划分训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( X_res, y_res, test_size=0.2, random_state=42, stratify=y_res ) # 构建逻辑回归模型 model = LogisticRegression( max_iter=1000, penalty='l2', # L2正则化防止过拟合 C=1.0, # 正则化强度 solver='lbfgs', random_state=42 ) # 训练模型 model.fit(X_train, y_train) # 在测试集上进行预测 y_pred = model.predict(X_test) y_prob = model.predict_proba(X_test)[:, 1] # 预测概率 # ========== 模型评估 ========== # 基础指标 accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred) precision = precision_score(y_test, y_pred) recall = recall_score(y_test, y_pred) f1 = f1_score(y_test, y_pred) roc_auc = roc_auc_score(y_test, y_prob) print(f'模型准确率为: {accuracy * 100:.2f}%') print(f'精确率: {precision * 100:.2f}%') print(f'召回率: {recall * 100:.2f}%') print(f'F1分数: {f1 * 100:.2f}%') print(f'AUC-ROC: {roc_auc * 100:.2f}%') # 混淆矩阵 cm = confusion_matrix(y_test, y_pred) plt.figure(figsize=(8, 6)) sns.heatmap(cm, annot=True, fmt='d', cmap='Blues', xticklabels=['无变化', '有变化'], yticklabels=['无变化', '有变化']) plt.xlabel('预测值') plt.ylabel('真实值') plt.title('混淆矩阵') plt.show() # 分类报告 print("\n分类报告:") print(classification_report(y_test, y_pred, target_names=['无变化', '有变化'])) # ROC曲线 fpr, tpr, thresholds = roc_curve(y_test, y_prob) roc_auc = auc(fpr, tpr) plt.figure() plt.plot(fpr, tpr, color='darkorange', lw=2, label=f'ROC曲线 (AUC = {roc_auc:.2f})') plt.plot([0, 1], [0, 1], color='navy', lw=2, linestyle='--') plt.xlim([0.0, 1.0]) plt.ylim([0.0, 1.05]) plt.xlabel('假阳性率') plt.ylabel('真阳性率') plt.title('接收者操作特征曲线(ROC)') plt.legend(loc="lower right") plt.show() # ========== 模型验证 ========== # 交叉验证 cv = StratifiedKFold(n_splits=5, shuffle=True, random_state=42) cv_scores = cross_val_score(model, X_res, y_res, cv=cv, scoring='roc_auc') print(f'\n交叉验证AUC-ROC分数:') for i, score in enumerate(cv_scores): print(f'折叠 {i+1}: {score:.4f}') print(f'平均AUC-ROC: {np.mean(cv_scores):.4f} ± {np.std(cv_scores):.4f}') # 特征重要性分析 feature_scores = pd.DataFrame({ '特征': feature_columns, '重要性': selector.scores_, '选择状态': ['是' if x else '否' for x in selector.get_support()] }) print("\n特征重要性排序:") print(feature_scores.sort_values(by='重要性', ascending=False)) # 模型系数分析 if X_selected.shape[1] == 10: # 确保我们选择了10个特征 selected_features = [feature_columns[i] for i in selector.get_support(indices=True)] coef_df = pd.DataFrame({ '特征': selected_features, '系数': model.coef_[0] }).sort_values(by='系数', key=abs, ascending=False) print("\n模型系数分析:") print(coef_df) 这个模型是多元逻辑模型吗,还有其他的吗

将 pandas 导入为 PD 将 numpy 导入为 NP 将 Seaborn 导入为 SNS 将 matplotlib.pyplot 导入为 PLT %matplotlib 内联 将 TensorFlow 导入为 TF 导入随机 从 cv2 import 调整大小 from glob import glob 导入警告 warnings.filterwarnings(“ignore”)img_height = 244 img_width = 244 train_ds = tf.keras.utils.image_dataset_from_directory( 'D:/Faulty_solar_panel', validation_split=0.2, subset='training', image_size=(img_height, img_width), batch_size=32, seed=42, shuffle=True) val_ds = tf.keras.utils.image_dataset_from_directory( 'D:/Faulty_solar_panel', validation_split=0.2, subset='validation', image_size=(img_height, img_width), batch_size=32, seed=42, shuffle=True)class_names = train_ds.class_names 打印(class_names) train_dsbase_model = tf.keras.applications.VGG16( include_top=False、 weights='imagenet', input_shape=(img_height、img_width、3) ) base_model.trainable = False inputs = tf.keras.Input(shape=(img_height, img_width, 3)) x = tf.keras.applications.vgg16.preprocess_input(输入) x = base_model(x, training=False) x = tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D()(x) x = tf.keras.layers.Dropout(0.3)(x) 输出 = tf.keras.layers.Dense(90)(x) 模型 = tf.keras.Model(输入,输出) model.summary()model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(0.001), loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy'])epoch = 15 model.fit(train_ds, validation_data=val_ds, epochs=纪元, 回调 = [ tf.keras.callbacks.EarlyStopping( monitor=“val_loss”, min_delta=1e-2, 耐心 = 3, verbose=1, restore_best_weights=真 ) ] )# 微调 base_model.trainable = 真 对于 base_model.layers[:14] 中的 layer: layer.trainable = 假 model.summary()model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(0.0001), loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy'])epoch = 15 历史 = model.fit(train_ds, validation_data=val_ds, epochs=epoch, 回调 = [ tf.keras.callbacks.EarlyStopping( monitor=“val_loss”, min_delta=1e-2, 耐心 = 3, verbose=1, ) ] ) get_ac = history.history['准确性'] get_los = history.history['损失'] val_acc = history.history['val_accuracy'] val_loss = history.history['val_loss'] 纪元 = 范围(len(get_ac)) plt.plot(epochs, get_ac, 'g', label='训练数据的准确性') plt.plot(epochs, get_los, 'r', label='训练数据丢失') plt.title('训练数据准确性和损失') plt.legend(loc=0) plt.figure() plt.plot(epochs, get_ac, 'g', label='训练数据的准确性') plt.plot(epochs, val_acc, 'r', label='验证数据的准确性') plt.title('训练和验证准确性') plt.legend(loc=0) plt.figure() plt.plot(epochs, get_los, 'g', label='训练数据丢失') plt.plot(纪元, val_loss, 'r', label='验证数据丢失') plt.title('训练和验证损失') plt.legend(loc=0) plt.figure() plt.show()把这段代码使用的模型改为mobilenet模型并提升精度,给出修改后的完整代码

import os import time import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns from sklearn.preprocessing import StandardScaler from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import mean_absolute_error, mean_squared_error import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim from torch.utils.data import Dataset, DataLoader, TensorDataset from torch.optim.lr_scheduler import ReduceLROnPlateau # 设置随机种子确保结果可复现 torch.manual_seed(42) np.random.seed(42) sns.set_style('whitegrid') # 设备配置 device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") print(f"使用设备: {device}") # 1. 数据加载与预处理函数 # -------------------------------------------------- def load_and_preprocess_data(): """加载并预处理所有数据源""" print("开始数据加载与预处理...") start_time = time.time() # 加载EC气象数据 ec_df = pd.read_csv('阿拉山口风电场_EC_data.csv', parse_dates=['生成日期', '预测日期']) ec_df = ec_df[ec_df['场站名'] == '阿拉山口风电场'] # 计算EC风速和风向 ec_df['EC风速(m/s)'] = np.sqrt(ec_df['U风分量(m/s)']**2 + ec_df['V风分量(m/s)']**2) ec_df['EC风向(度)'] = np.degrees(np.arctan2(ec_df['V风分量(m/s)'], ec_df['U风分量(m/s)'])) % 360 # 添加EC数据可用时间(生成时间+12小时) ec_df['可用时间'] = ec_df['生成日期'] + pd.Timedelta(hours=12) # 选择关键特征 ec_features = [ '可用时间', '预测日期', 'EC风速(m/s)', 'EC风向(度)', '位势高度_850hPa(gpm)', '温度_850hPa(K)', '相对湿度_850hPa(%)', '位势高度_500hPa(gpm)', '温度_500hPa(K)' ] ec_df = ec_df[ec_features] # 加载风机数据 turbine_df = pd.read_csv('阿拉山口风电场风机数据.csv', encoding='gbk', parse_dates=[0]) turbine_df.columns = ['timestamp', 'wind_speed', 'active_power'] # 加载远动数据 scada_df = pd.read_csv('阿拉山口风电场远动数据.csv', encoding='gbk', parse_dates=[0]) scada_df.columns = ['timestamp', 'active_power_total'] # 合并风机和远动数据 power_df = pd.merge(turbine_df[['timestamp', 'wind_speed']], scada_df, on='timestamp', how='outer') # 按时间排序并填充缺失值 power_df.sort_values('timestamp', inplace=True) power_df['active_power_total'].ffill(inplace=True) power_df['wind_speed'].ffill(inplace=True) # 创建完整的时间序列索引(15分钟间隔) full_range = pd.date_range( start=power_df['timestamp'].min(), end=power_df['timestamp'].max(), freq='15T' ) power_df = power_df.set_index('timestamp').reindex(full_range).reset_index() power_df.rename(columns={'index': 'timestamp'}, inplace=True) power_df[['wind_speed', 'active_power_total']] = power_df[['wind_speed', 'active_power_total']].ffill() # 合并EC数据到主数据集 ec_data = [] for idx, row in power_df.iterrows(): ts = row['timestamp'] # 获取可用的EC预测(可用时间 <= 当前时间) available_ec = ec_df[ec_df['可用时间'] <= ts] if not available_ec.empty: # 获取最近发布的EC数据 latest_gen = available_ec['可用时间'].max() latest_ec = available_ec[available_ec['可用时间'] == latest_gen] # 找到最接近当前时间点的预测 time_diff = (latest_ec['预测日期'] - ts).abs() closest_idx = time_diff.idxmin() ec_point = latest_ec.loc[closest_idx].copy() ec_point['timestamp'] = ts ec_data.append(ec_point) # 创建EC数据DataFrame并合并 ec_ts_df = pd.DataFrame(ec_data) merged_df = pd.merge(power_df, ec_ts_df, on='timestamp', how='left') # 填充缺失的EC数据 ec_cols = [col for col in ec_ts_df.columns if col not in ['timestamp', '可用时间', '预测日期']] for col in ec_cols: merged_df[col] = merged_df[col].interpolate(method='time') # 添加时间特征 merged_df['hour'] = merged_df['timestamp'].dt.hour merged_df['day_of_week'] = merged_df['timestamp'].dt.dayofweek merged_df['day_of_year'] = merged_df['timestamp'].dt.dayofyear merged_df['month'] = merged_df['timestamp'].dt.month # 计算实际风向(如果有测风塔数据,这里使用EC风向) merged_df['风向(度)'] = merged_df['EC风向(度)'] # 移除包含NaN的行 merged_df.dropna(inplace=True) # 特征选择 feature_cols = [ 'wind_speed', 'active_power_total', 'EC风速(m/s)', '风向(度)', '位势高度_850hPa(gpm)', '温度_850hPa(K)', '相对湿度_850hPa(%)', '位势高度_500hPa(gpm)', '温度_500hPa(K)', 'hour', 'day_of_week', 'day_of_year', 'month' ] target_col = 'active_power_total' print(f"数据处理完成! 耗时: {time.time()-start_time:.2f}秒") print(f"数据集形状: {merged_df.shape}") print(f"特征数量: {len(feature_cols)}") return merged_df[feature_cols], merged_df[target_col], merged_df['timestamp'] # 2. 数据准备类 (PyTorch Dataset) # -------------------------------------------------- class WindPowerDataset(Dataset): """风功率预测数据集类""" def __init__(self, X, y, look_back, forecast_steps): """ :param X: 特征数据 (n_samples, n_features) :param y: 目标数据 (n_samples,) :param look_back: 回溯时间步长 :param forecast_steps: 预测步长 """ self.X = X self.y = y self.look_back = look_back self.forecast_steps = forecast_steps self.n_samples = len(X) - look_back - forecast_steps + 1 def __len__(self): return self.n_samples def __getitem__(self, idx): # 获取历史序列 x_seq = self.X[idx:idx+self.look_back] # 获取未来目标序列 y_seq = self.y[idx+self.look_back:idx+self.look_back+self.forecast_steps] # 转换为PyTorch张量 x_tensor = torch.tensor(x_seq, dtype=torch.float32) y_tensor = torch.tensor(y_seq, dtype=torch.float32) return x_tensor, y_tensor # 3. LSTM模型 (PyTorch实现) # -------------------------------------------------- class WindPowerLSTM(nn.Module): """风功率预测LSTM模型""" def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_steps): """ :param input_size: 输入特征维度 :param hidden_size: LSTM隐藏层大小 :param num_layers: LSTM层数 :param output_steps: 输出步长 """ super(WindPowerLSTM, self).__init__() self.hidden_size = hidden_size self.num_layers = num_layers self.output_steps = output_steps # LSTM层 self.lstm = nn.LSTM( input_size=input_size, hidden_size=hidden_size, num_layers=num_layers, batch_first=True, dropout=0.2 if num_layers > 1 else 0 ) # 全连接层 self.fc = nn.Sequential( nn.Linear(hidden_size, 128), nn.ReLU(), nn.Dropout(0.3), nn.Linear(128, 64), nn.ReLU(), nn.Dropout(0.2), nn.Linear(64, output_steps) ) def forward(self, x): # 初始化隐藏状态 h0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(device) c0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(device) # 前向传播LSTM out, _ = self.lstm(x, (h0, c0)) # 只取最后一个时间步的输出 out = out[:, -1, :] # 全连接层 out = self.fc(out) return out # 4. 训练和评估函数 # -------------------------------------------------- def train_model(model, train_loader, val_loader, criterion, optimizer, scheduler, epochs, model_name): """训练模型""" print(f"\n开始训练 {model_name} 模型...") start_time = time.time() best_val_loss = float('inf') history = {'train_loss': [], 'val_loss': []} for epoch in range(epochs): # 训练阶段 model.train() train_loss = 0.0 for inputs, targets in train_loader: inputs, targets = inputs.to(device), targets.to(device) # 前向传播 outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) # 反向传播和优化 optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() * inputs.size(0) # 验证阶段 model.eval() val_loss = 0.0 with torch.no_grad(): for inputs, targets in val_loader: inputs, targets = inputs.to(device), targets.to(device) outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) val_loss += loss.item() * inputs.size(0) # 计算平均损失 train_loss = train_loss / len(train_loader.dataset) val_loss = val_loss / len(val_loader.dataset) history['train_loss'].append(train_loss) history['val_loss'].append(val_loss) # 更新学习率 if scheduler: scheduler.step(val_loss) # 保存最佳模型 if val_loss < best_val_loss: best_val_loss = val_loss torch.save(model.state_dict(), f'best_{model_name}_model.pth') # 打印进度 if (epoch + 1) % 5 == 0: print(f"Epoch [{epoch+1}/{epochs}] - Train Loss: {train_loss:.6f}, Val Loss: {val_loss:.6f}") print(f"训练完成! 耗时: {time.time()-start_time:.2f}秒") print(f"最佳验证损失: {best_val_loss:.6f}") return history def evaluate_model(model, test_loader, scaler, model_name): """评估模型性能""" model.eval() actuals = [] predictions = [] with torch.no_grad(): for inputs, targets in test_loader: inputs = inputs.to(device) # 预测 outputs = model(inputs) # 反归一化 outputs_np = outputs.cpu().numpy() targets_np = targets.numpy() # 反归一化 outputs_inv = scaler.inverse_transform(outputs_np) targets_inv = scaler.inverse_transform(targets_np.reshape(-1, 1)).flatten() # 收集结果 actuals.extend(targets_inv) predictions.extend(outputs_inv.flatten()) # 转换为numpy数组 actuals = np.array(actuals) predictions = np.array(predictions) # 计算性能指标 mae = mean_absolute_error(actuals, predictions) rmse = np.sqrt(mean_squared_error(actuals, predictions)) print(f"\n{model_name} 模型评估结果:") print(f"MAE: {mae:.2f} kW") print(f"RMSE: {rmse:.2f} kW") return actuals, predictions, mae, rmse # 5. 可视化函数 # -------------------------------------------------- def plot_predictions(actuals, predictions, timestamps, model_name, forecast_steps, mae): """可视化预测结果""" # 创建结果DataFrame results = pd.DataFrame({ 'timestamp': timestamps, 'actual': actuals, 'predicted': predictions }) # 设置时间索引 results.set_index('timestamp', inplace=True) # 选择一段代表性的时间序列展示 sample = results.iloc[1000:1300] plt.figure(figsize=(15, 7)) # 绘制实际值 plt.plot(sample.index, sample['actual'], label='实际功率', color='blue', alpha=0.7, linewidth=2) # 绘制预测值 plt.plot(sample.index, sample['predicted'], label='预测功率', color='red', alpha=0.7, linestyle='--', linewidth=2) plt.title(f'{model_name}风功率预测 (预测步长: {forecast_steps}步, MAE: {mae:.2f} kW)', fontsize=14) plt.xlabel('时间', fontsize=12) plt.ylabel('有功功率 (kW)', fontsize=12) plt.legend(fontsize=12) plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7) plt.xticks(rotation=45) plt.tight_layout() plt.savefig(f'{model_name}_prediction_plot.png', dpi=300) plt.show() return results def plot_training_history(history, model_name): """绘制训练过程中的损失曲线""" plt.figure(figsize=(12, 6)) # 绘制训练损失 plt.plot(history['train_loss'], label='训练损失') # 绘制验证损失 if 'val_loss' in history: plt.plot(history['val_loss'], label='验证损失') plt.title(f'{model_name} 训练过程', fontsize=14) plt.xlabel('训练轮次', fontsize=12) plt.ylabel('损失 (MSE)', fontsize=12) plt.legend(fontsize=12) plt.grid(True, linestyle='--', alpha=0.7) plt.tight_layout() plt.savefig(f'{model_name}_training_history.png', dpi=300) plt.show() # 6. 主函数 # -------------------------------------------------- def main(): # 加载数据 X, y, timestamps = load_and_preprocess_data() # 定义预测配置 ULTRA_SHORT_CONFIG = { 'name': '超短期', 'look_back': 24, # 6小时历史 (24*15min) 'forecast_steps': 16, # 4小时预测 (16*15min) 'batch_size': 64, 'hidden_size': 128, 'num_layers': 2, 'epochs': 100, 'lr': 0.001 } SHORT_TERM_CONFIG = { 'name': '短期', 'look_back': 96, # 24小时历史 (96*15min) 'forecast_steps': 288, # 72小时预测 (288*15min) 'batch_size': 32, 'hidden_size': 256, 'num_layers': 3, 'epochs': 150, 'lr': 0.0005 } # 准备超短期预测数据集 print("\n准备超短期预测数据集...") # 数据标准化 X_scaler = StandardScaler() y_scaler = StandardScaler() X_scaled = X_scaler.fit_transform(X) y_scaled = y_scaler.fit_transform(y.values.reshape(-1, 1)).flatten() # 创建数据集 dataset = WindPowerDataset(X_scaled, y_scaled, ULTRA_SHORT_CONFIG['look_back'], ULTRA_SHORT_CONFIG['forecast_steps']) # 划分数据集 train_size = int(0.8 * len(dataset)) val_size = int(0.1 * len(dataset)) test_size = len(dataset) - train_size - val_size train_dataset, val_dataset, test_dataset = torch.utils.data.random_split( dataset, [train_size, val_size, test_size] ) # 创建数据加载器 train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=ULTRA_SHORT_CONFIG['batch_size'], shuffle=True) val_loader = DataLoader(val_dataset, batch_size=ULTRA_SHORT_CONFIG['batch_size']) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=ULTRA_SHORT_CONFIG['batch_size']) # 创建模型 model_ultra = WindPowerLSTM( input_size=X.shape[1], hidden_size=ULTRA_SHORT_CONFIG['hidden_size'], num_layers=ULTRA_SHORT_CONFIG['num_layers'], output_steps=ULTRA_SHORT_CONFIG['forecast_steps'] ).to(device) # 损失函数和优化器 criterion = nn.MSELoss() optimizer = optim.Adam(model_ultra.parameters(), lr=ULTRA_SHORT_CONFIG['lr']) scheduler = ReduceLROnPlateau(optimizer, mode='min', factor=0.5, patience=5, verbose=True) # 训练模型 history_ultra = train_model( model_ultra, train_loader, val_loader, criterion, optimizer, scheduler, ULTRA_SHORT_CONFIG['epochs'], 'ultra_short' ) # 评估模型 actuals_ultra, preds_ultra, mae_ultra, rmse_ultra = evaluate_model( model_ultra, test_loader, y_scaler, '超短期' ) # 可视化结果 plot_training_history(history_ultra, '超短期模型') # 获取对应的时间戳 ultra_timestamps = timestamps[ULTRA_SHORT_CONFIG['look_back']:][:len(actuals_ultra)] results_ultra = plot_predictions( actuals_ultra, preds_ultra, ultra_timestamps, '超短期', ULTRA_SHORT_CONFIG['forecast_steps'], mae_ultra ) # 准备短期预测数据集 print("\n准备短期预测数据集...") # 创建数据集 dataset_short = WindPowerDataset(X_scaled, y_scaled, SHORT_TERM_CONFIG['look_back'], SHORT_TERM_CONFIG['forecast_steps']) # 划分数据集 train_size_short = int(0.8 * len(dataset_short)) val_size_short = int(0.1 * len(dataset_short)) test_size_short = len(dataset_short) - train_size_short - val_size_short train_dataset_short, val_dataset_short, test_dataset_short = torch.utils.data.random_split( dataset_short, [train_size_short, val_size_short, test_size_short] ) # 创建数据加载器 train_loader_short = DataLoader(train_dataset_short, batch_size=SHORT_TERM_CONFIG['batch_size'], shuffle=True) val_loader_short = DataLoader(val_dataset_short, batch_size=SHORT_TERM_CONFIG['batch_size']) test_loader_short = DataLoader(test_dataset_short, batch_size=SHORT_TERM_CONFIG['batch_size']) # 创建模型 model_short = WindPowerLSTM( input_size=X.shape[1], hidden_size=SHORT_TERM_CONFIG['hidden_size'], num_layers=SHORT_TERM_CONFIG['num_layers'], output_steps=SHORT_TERM_CONFIG['forecast_steps'] ).to(device) # 损失函数和优化器 optimizer_short = optim.Adam(model_short.parameters(), lr=SHORT_TERM_CONFIG['lr']) scheduler_short = ReduceLROnPlateau(optimizer_short, mode='min', factor=0.5, patience=10, verbose=True) # 训练模型 history_short = train_model( model_short, train_loader_short, val_loader_short, criterion, optimizer_short, scheduler_short, SHORT_TERM_CONFIG['epochs'], 'short_term' ) # 评估模型 actuals_short, preds_short, mae_short, rmse_short = evaluate_model( model_short, test_loader_short, y_scaler, '短期' ) # 可视化结果 plot_training_history(history_short, '短期模型') # 获取对应的时间戳 short_timestamps = timestamps[SHORT_TERM_CONFIG['look_back']:][:len(actuals_short)] results_short = plot_predictions( actuals_short, preds_short, short_timestamps, '短期', SHORT_TERM_CONFIG['forecast_steps'], mae_short ) # 最终报告 print("\n" + "="*50) print("风功率预测模型训练完成!") print("="*50) print(f"超短期模型 (4小时预测):") print(f" - 回溯步长: {ULTRA_SHORT_CONFIG['look_back']} (6小时)") print(f" - 预测步长: {ULTRA_SHORT_CONFIG['forecast_steps']} (4小时)") print(f" - 测试集MAE: {mae_ultra:.2f} kW") print(f" - 测试集RMSE: {rmse_ultra:.2f} kW") print(f"\n短期模型 (72小时预测):") print(f" - 回溯步长: {SHORT_TERM_CONFIG['look_back']} (24小时)") print(f" - 预测步长: {SHORT_TERM_CONFIG['forecast_steps']} (72小时)") print(f" - 测试集MAE: {mae_short:.2f} kW") print(f" - 测试集RMSE: {rmse_short:.2f} kW") print("="*50) # 保存预测结果 results_df = pd.DataFrame({ 'timestamp': short_timestamps, '实际功率': actuals_short, '超短期预测': results_ultra['predicted'].values[:len(actuals_short)], '短期预测': preds_short }) results_df.to_csv('风功率预测结果.csv', index=False) print("预测结果已保存到 '风功率预测结果.csv'") if __name__ == "__main__": main() 请在上述的代码基础上修改,本次修改要求只使用"阿拉山口风电场_EC_data"和"阿拉山口风电场风机数据"这两个数据集进行训练和预测。

class DistanceAnalyzer: def __init__(self, max_history=1000): # 初始化统计数据存储 self.distance_history = deque(maxlen=max_history) # 历史距离数据 self.filter_ratios = deque(maxlen=max_history) # 历史过滤比例 self.frame_count = 0 # 处理帧数计数器 self.stats_data = [] # 统计信息存储 def analyze_distances(self, distances, min_threshold, max_threshold): """ 分析距离分布并计算过滤比例 :param distances: 当前帧的距离数组 :param min_threshold: 最小距离阈值 :param max_threshold: 最大距离阈值 :return: 过滤比例和统计信息字典 """ # 更新历史数据 self.distance_history.extend(distances) self.frame_count += 1 # 转换为NumPy数组 dist_array = np.array(distances) # 基本统计量 mean = np.mean(dist_array) median = np.median(dist_array) std = np.std(dist_array) min_val = np.min(dist_array) max_val = np.max(dist_array) # 百分位数 percentiles = np.percentile(dist_array, [5, 25, 50, 75, 95]) # 过滤比例计算 filter_flag = (dist_array >= min_threshold) & (dist_array <= max_threshold) filtered_count = np.sum(filter_flag) total_count = len(dist_array) filter_ratio = filtered_count / total_count if total_count > 0 else 1.0 self.filter_ratios.append(filter_ratio) # 距离分布直方图数据 hist, bin_edges = np.histogram(dist_array, bins=20, range=(0, max(100, max_val))) # 创建统计信息字典 stats_info = { 'frame': self.frame_count, 'total_points': total_count, 'filtered_points': filtered_count, 'filter_ratio': filter_ratio, 'mean_distance': mean, 'median_distance': median, 'std_distance': std, 'min_distance': min_val, 'max_distance': max_val, 'percentiles': { '5th': percentiles[0], '25th': percentiles[1], '50th': percentiles[2], '75th': percentiles[3], '95th': percentiles[4] }, 'histogram': { 'counts': hist.tolist(), 'bins': bin_edges.tolist() }, 'thresholds': { 'min': min_threshold, 'max': max_threshold } } # 保存统计信息 self.stats_data.append(stats_info) return filter_ratio, stats_info def print_current_stats(self, stats_info): """打印当前帧的统计信息""" print("\n" + "=" * 50) print(f"帧 #{stats_info['frame']} 距离分布统计") print("=" * 50) print(f"总点数: {stats_info['total_points']}") print(f"过滤后点数: {stats_info['filtered_points']}") print(f"过滤比例: {stats_info['filter_ratio'] * 100:.2f}%") print(f"平均距离: {stats_info['mean_distance']:.2f}m") print(f"中位数距离: {stats_info['median_distance']:.2f}m") print(f"标准差: {stats_info['std_distance']:.2f}m") print(f"最小距离: {stats_info['min_distance']:.2f}m") print(f"最大距离: {stats_info['max_distance']:.2f}m") print(f"距离阈值: {stats_info['thresholds']['min']:.2f}m - {stats_info['thresholds']['max']:.2f}m") print(f"5%分位数: {stats_info['percentiles']['5th']:.2f}m") print(f"95%分位数: {stats_info['percentiles']['95th']:.2f}m") def visualize_distribution(self, stats_info): """可视化当前帧的距离分布""" plt.figure(figsize=(15, 10)) # 直方图 plt.subplot(2, 2, 1) bins = stats_info['histogram']['bins'] counts = stats_info['histogram']['counts'] plt.bar(bins[:-1], counts, width=np.diff(bins), align='edge', alpha=0.7) plt.axvline(stats_info['thresholds']['min'], color='r', linestyle='--', label=f'最小阈值: {stats_info["thresholds"]["min"]:.1f}m') plt.axvline(stats_info['thresholds']['max'], color='g', linestyle='--', label=f'最大阈值: {stats_info["thresholds"]["max"]:.1f}m') plt.axvline(stats_info['mean_distance'], color='b', linestyle=':', label=f'平均值: {stats_info["mean_distance"]:.1f}m') plt.xlabel('距离 (米)') plt.ylabel('点数') plt.title(f'帧 #{stats_info["frame"]} 距离分布') plt.legend() # 箱线图 plt.subplot(2, 2, 2) sns.boxplot(x=np.array(self.distance_history)) plt.axvline(stats_info['thresholds']['min'], color='r', linestyle='--') plt.axvline(stats_info['thresholds']['max'], color='g', linestyle='--') plt.xlabel('距离 (米)') plt.title('距离分布箱线图') # 过滤比例趋势 plt.subplot(2, 2, 3) frames = [s['frame'] for s in self.stats_data] ratios = [s['filter_ratio'] for s in self.stats_data] plt.plot(frames, ratios, 'bo-', label='过滤比例') plt.axhline(0.9, color='r', linestyle='--', label='目标比例(90%)') plt.xlabel('帧号') plt.ylabel('过滤比例') plt.title('过滤比例趋势') plt.legend() plt.ylim(0, 1.1) # 距离阈值变化 plt.subplot(2, 2, 4) min_ths = [s['thresholds']['min'] for s in self.stats_data] max_ths = [s['thresholds']['max'] for s in self.stats_data] plt.plot(frames, min_ths, 'r-', label='最小阈值') plt.plot(frames, max_ths, 'g-', label='最大阈值') plt.xlabel('帧号') plt.ylabel('阈值 (米)') plt.title('距离阈值变化趋势') plt.legend() plt.tight_layout() plt.show() def generate_report(self, last_n_frames=100): """生成综合统计报告""" if not self.stats_data: return "无统计数据" # 获取最近的统计数据 recent_data = self.stats_data[-last_n_frames:] # 创建DataFrame用于分析 df = pd.DataFrame(recent_data) # 计算整体统计量 total_points = df['total_points'].sum() filtered_points = df['filtered_points'].sum() overall_ratio = filtered_points / total_points if total_points > 0 else 0 # 距离统计 all_distances = np.array(list(self.distance_history)) distance_stats = { 'mean': np.mean(all_distances), 'median': np.median(all_distances), 'std': np.std(all_distances), 'min': np.min(all_distances), 'max': np.max(all_distances) } # 阈值统计 min_th_mean = df['thresholds'].apply(lambda x: x['min']).mean() max_th_mean = df['thresholds'].apply(lambda x: x['max']).mean() # 打印报告 report = f"\n{'=' * 50}\n距离分析报告 (最近{last_n_frames}帧)\n{'=' * 50}" report += f"\n总点数: {total_points}" report += f"\n过滤后点数: {filtered_points}" report += f"\n整体过滤比例: {overall_ratio * 100:.2f}%" report += f"\n平均过滤比例: {df['filter_ratio'].mean() * 100:.2f}%" report += f"\n平均距离: {distance_stats['mean']:.2f}m ± {distance_stats['std']:.2f}m" report += f"\n距离范围: {distance_stats['min']:.2f}m - {distance_stats['max']:.2f}m" report += f"\n平均阈值范围: {min_th_mean:.2f}m - {max_th_mean:.2f}m" report += f"\n过滤比例标准差: {df['filter_ratio'].std() * 100:.2f}%" # 识别异常帧 low_ratio_frames = df[df['filter_ratio'] < 0.7] if not low_ratio_frames.empty: report += "\n\n警告: 以下帧过滤比例低于70%:" for _, row in low_ratio_frames.iterrows(): report += f"\n - 帧 #{row['frame']}: {row['filter_ratio'] * 100:.1f}%" return report把这个类整合进车辆过滤函数中

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