具有更多功能/类的 LSTM答案

【问题标题】：LSTM with more features / classes具有更多功能/类的 LSTM
【发布时间】：2018-10-02 19:25:38
【问题描述】：

如何在 Python 中使用 Keras 模型中的 Sequential 将多个特征/类用作 LSTM 上的输入/输出？

更具体地说，我想用作网络的输入和输出：[FeatureA][FeatureB][FeatureC]。 FeatureA 是一个分类类，有 100 个不同的可能值，表示收集数据的传感器； FeatureB为开/关指示符，为0或1； FeatureC 是一个分类类，也有 5 个唯一值。

数据示例：

 1. 40,1,5
 2. 58,1,2
 3. 57,1,5
 4. 40,0,1
 5. 57,1,4
 6. 23,0,3

在model.compile上使用原始数据和loss='categorical_crossentropy'时，loss大于10.0。

当将数据归一化为 0-1 之间的值并使用 mean_squared_error 损失时，损失的平均值为 0.27。但是在进行预测测试时，结果没有任何意义。

这里有什么建议或我可以参考的教程吗？提前致谢。

【问题讨论】：

您能更好地描述您的问题吗？目前尚不清楚您想要的网络输入和输出是什么。
抱歉不清楚...我编辑了插入数据样本的原始帖子。它是从时间戳捕获的数据。第一列表示触发了哪个信号采集器（1 到 100，根据采集器 id）；第二列指示是否检测到开启或关闭信号（0 表示关闭，1 表示开启）；第三个表示收集器正在传递的内容（1 到 5，根据项目 ID）。
你能澄清一下哪些特征是输入，哪些是输出？或者，是否有其他输入并且您正在尝试预测 A、B 和 C？或者可能，您有一组 A、B 和 C，并且您正试图预测不同的标签 D？似乎我们错过了一块拼图。
没有其他输入。我想使用这三个特征作为输入和输出来预测 A、B 和 C。这样就可以预测下一个将被触发的收集器是什么，它将检测到哪个项目以及是否会给出它开启或关闭状态。
目前还不清楚...提供的数据示例是针对目标的吗？你的网络输入是什么？一些时间序列特征？

标签： python pandas numpy keras lstm

【解决方案1】：

您需要将 FeatureC 转换为二进制类别。均方误差用于回归，据我所知，您正在尝试预测传感器和状态的特定组合属于哪个类。由于有 5 个可能的类，您可以认为您正在尝试预测该类是红色、绿色、蓝色、黄色还是紫色。现在这些是用数字表示的，但是对于回归模型，您将预测像 3.24 这样没有意义的值。

实际上，您将 FeatureC 的值转换为 5 列二进制值。因为看起来这些类是排他的，所以应该有一个 1，而一行的其余列将是 0。因此，如果第一行是“红色”，它将是 [1, 0, 0, 0, 0]
为了获得最佳结果，您还应该将 FeatureA 转换为二元分类特征。出于与上述相同的原因，传感器 80 不是传感器 20 的 4 倍，而是一个不同的实体。
模型的最后一层应该是具有 5 个神经元的 softmax 类型。基本上，您的模型最终会尝试预测每个类别的概率。

看起来您正在使用数据框，因为有一个索引。因此我会尝试：

import keras
import numpy as np
import pandas as pd # assume that this has probably already been done though

feature_a = data.loc[:, "FeatureA"].values  # pull out feature A
labels = data.loc[:, "FeatureC"].values   # y are the labels that  we're trying to predict
feature_b = data.loc[:, "FeatureB"].values  # pull out B to make things more clear later

# make sure that feature_b.shape = (rows, 1) otherwise reset the shape
# so hstack works later
feature_b = feature_b.reshape(feature_b.shape[0], 1)

labels -= 1  # subtract 1 from all labels values to zero base (0 - 4)
y = keras.utils.to_categorical(labels)
# labels.shape should be (rows, 5)

# convert 1-100 to binary columns
# zero base again
feature_a -= 1  

# Before: feature_a.shape=(rows, 1)
feature_a_data = keras.utils.to_categorical(feature_a)
# After: feature_a_data.shape=(rows, 100)

data = np.hstack([feature_a_data, feature_b])
# data.shape should be (rows, 101)
# y.shape should be (rows, 5)

现在您已准备好训练/测试拆分等。

下面是多类预测的东西：

https://github.com/keras-team/keras/blob/master/examples/mnist_cnn.py

【讨论】：