本研究提出了一种结合CEEMDAN、VMD分解技术与CNN-BiLSTM-Multihead-Attention模型的创新方法,用于高效预测多变量时间序列。附带详细MATLAB代码和实验数据,为学术界提供了全面的研究资源。
CEEMDAN-VMD-CNN-BiLSTM-multihead-Attention多变量时序预测方法利用了二次分解结合卷积双向长短期记忆神经网络以及多头注意力机制进行模型构建,具体步骤包括:首先通过CEEMDAN对原始数据进行初步分解,并计算样本熵;然后根据样本熵结果执行kmeans聚类操作。在该基础上进一步调用VMD算法针对高频分量Co-IMF1实施二次细化分解处理。接着,将由VMD得到的高频分量与其它非高频率成分(如Co_IMF2, Co_IMF3)作为输入数据送入卷积双向长短期记忆神经网络模型中进行训练预测,并通过多头注意力机制优化输出结果。
在完成上述步骤后,对模型性能进行了全面评估。具体而言,在训练集上的误差指标如下:
- 均方差(MSE):16.4353
- 根均方差(RMSE):4.0541
- 平均绝对误差(MAE):3.0789
- 平均相对百分误差(MAPE):2.77%
- 决定系数R²值为 99.5704%
而在测试集上的表现如下:
- 均方差(MSE):196.0442
- 根均方差(RMSE):14.0016
- 平均绝对误差(MAE):10.4541
- 平均相对百分误差(MAPE):9.4436%
- 决定系数R²值为 95.3717%