Python实现PSO粒子群优化算法优化CNN-Transformer回归模型(优化权重和阈值)项目实战

说明：这是一个机器学习实战项目（附带数据+代码+文档+视频讲解），如需数据+代码+文档+视频讲解可以直接到文章最后关注获取。

1.项目背景

本项目旨在利用粒子群优化（PSO）算法优化卷积神经网络（CNN）和变压器（Transformer）结合的回归模型，以提高模型的预测性能。具体而言，我们将使用PSO算法来优化模型的权重和阈值参数，从而提升模型在特定任务上的表现。

随着深度学习技术的发展，CNN和Transformer模型在图像识别、自然语言处理等领域取得了显著的成果。然而，这些模型通常包含大量的参数，传统的梯度下降方法在优化这些参数时可能会遇到局部最优解的问题，导致模型性能不佳。粒子群优化（PSO）算法作为一种全局优化方法，可以有效避免局部最优解，提高模型的泛化能力。

本项目通过结合CNN和Transformer模型，并使用PSO算法进行参数优化，旨在提高模型在回归任务中的性能。希望通过本项目的实施，能够为深度学习模型的优化提供新的思路和方法。

本项目通过Python实现PSO粒子群优化算法优化CNN-Transformer回归模型(优化权重和阈值)项目实战。

2.数据获取

本次建模数据来源于网络(本项目撰写人整理而成)，数据项统计如下：

编号	变量名称	描述
1	x1
2	x2
3	x3
4	x4
5	x5
6	x6
7	x7
8	x8
9	x9
10	x10
11	y	因变量

数据详情如下(部分展示)：

3.数据预处理

3.1 用Pandas工具查看数据

使用Pandas工具的head()方法查看前五行数据：

关键代码：

3.2数据缺失查看

使用Pandas工具的info()方法查看数据信息：

从上图可以看到，总共有11个变量，数据中无缺失值，共2000条数据。

关键代码：

3.3数据描述性统计

通过Pandas工具的describe()方法来查看数据的平均值、标准差、最小值、分位数、最大值。

关键代码如下：

4.探索性数据分析

4.1 y变量分布直方图

用Matplotlib工具的hist()方法绘制直方图：

4.2 相关性分析

从上图中可以看到，数值越大相关性越强，正值是正相关、负值是负相关。

5.特征工程

5.1 建立特征数据和标签数据

关键代码如下：

5.2 数据集拆分

通过train_test_split()方法按照80%训练集、20%测试集进行划分，关键代码如下：

5.3 特征样本增维

增维后的形状如下：

6.构建PSO粒子群优化算法优化CNN-Transformer回归模型

主要使用通过PSO粒子群优化算法优化CNN-Transformer回归模型(优化权重和阈值)，用于目标回归。

6.1 PSO粒子群优化算法寻找最优参数值

最优参数值(部分权重和阈值截图)：

6.2 最优参数构建模型

编号	模型名称	参数
1	CNN-Transformer回归模型	set_weights(best_weights_reshaped)

6.3 模型摘要信息

6.4 模型网络结构

6.5 模型训练集测试集损失曲线图

7.模型评估

7.1评估指标及结果

评估指标主要包括R方、均方误差、解释性方差、绝对误差等等。

模型名称	指标名称	指标值
测试集
CNN-Transformer回归模型	R方	0.8434
	均方误差	6977.2641
	解释方差分	0.8443
	绝对误差	66.0992