做时序预测的人,应该都经历过一个纠结:单变量序列到底该用LSTM、Transformer,还是干脆堆个混合模型?我今年在Matlab里把DE(差分进化)和Transformer、BiLSTM三个东西揉到了一起,做了一个单输入单输出的单变量时序预测模型,实测下来比单独用LSTM或者单独用Transformer都要稳。这篇就把整个实现思路、代码细节、调参过程,还有我踩过的坑完整梳理一遍,适合正在做毕业论文、时序预测相关课题,或者想给工业预测场景换一套更稳方案的朋友参考。
这个项目最大的特点是把DE算法当作“超参数自动搜索器”,去自动寻找Transformer和BiLSTM堆叠时的最优超参数组合。因为混合模型效果好归好,但参数一多,手动调参就成了噩梦。DE的好处是不需要梯度信息,实现简单,收敛快,在Matlab里几行就能写好,而且能并行计算,实测跑起来比网格搜索省太多时间。
1. 项目整体设计与思路拆解
1.1 单变量时序预测的基本任务定义
单变量时序预测,说白了就是只有一列数值,比如某台设备的温度、某个城市的日电量、某只股票的收盘价,要用过去一段时间的观测值去预测未来一个时刻或者多个时刻的值。常见的做法是“滑动窗口”,也就是把数据切成固定长度的输入段和输出段,喂给模型做有监督回归训练。
本项目是单输入单输出结构,输入是过去连续N个时刻的值,输出是未来一个时刻的预测值。比如用前24个小时的负荷数据,预测下一个小时的电负荷。这种设定在Matlab里数据组织非常直接:输入矩阵的每一行是一个窗口的样本,每一列是一个时间步的特征。因为特征维度是1,所以数据形状是“样本数×时间步数×1”,非常干净。
很多人在做单变量预测时容易犯一个错误,就是把输出也做成多步。实际上如果你的任务只需要下一步预测,做成多步反而会引入额外的累积误差。我建议刚开始做,先把单步预测做扎实,再考虑多步迭代或seq2seq结构。
1.2 为什么把Transformer和BiLSTM放在一起
LSTM这类循环网络处理序列的天生优势是能建模时间顺序依赖,尤其是BiLSTM,双向的结构能同时看到过去和未来的上下文信息。这对时序预测特别重要,因为某些模式可能只靠“之前的值”判断不出来,还需要结合“之后一段时间的走势”来确认当前时刻是否处于异常点或者拐点。
但BiLSTM的缺点是:它处理长序列时需要逐步传递信息,距离太远的信息容易衰减,训练速度也慢。Transformer的注意力机制则完全不同,它可以在任意两个位置之间直接建立依赖,路径长度是1。这意味着它能抓住非常远的历史信息对当前预测的影响,而且并行度高,训练速度快很多。
那为什么不直接只用Transformer?因为Transformer对局部时序模式(比如短期趋势、周期性波动的细微变化)的敏感度往往不如循环网络。它会倾向于关注全局的相似性,而对近期窗口内连续变化的“语序感”把握得不够细。把两者结合起来,相当于一边用注意力抓长程相关性,一边用BiLSTM抓局部时序特征,互补性很强。
我的设计是:输入先过一层位置编码和Transformer编码器,得到带全局上下文信息的特征序列,再送入BiLSTM做双向时序特征提取,最后拼接两者的特征输出,通过全连接层映射到预测值。这个结构在Matlab里实现并没有想象中那么复杂,关键是每一步输出的维度要对齐。
1.3 DE算法解决的是混合模型的“调参灾难”
Transformer和BiLSTM混合之后,需要确定的超参数包括:Transformer编码器的层数、注意力头数、隐藏维度、位置编码类型、BiLSTM的隐藏单元数、dropout比例、正则化系数、初始学习率、批大小等等。这些参数之间是相互影响的,不是一个个单独调就能调好。
比如把注意力头数从4改到8,能提升短期趋势捕捉能力,但可能同时造成过拟合,需要dropout配合调整。如果手工去试,一组参数训练一次可能就要几分钟,完整的参数空间至少有十几种组合,累死人的。
DE之所以适合做这件事,是因为它本质上是一个基于种群的进化优化算法,完全不需要目标函数的梯度信息。它的适应度函数可以是“某个超参数组合下,模型在验证集上的RMSE”。每次迭代,DE只评估几十组参数,然后通过变异、交叉、选择不断生成更优的候选解。实现起来非常简单,Matlab基础语法就能写完,不需要任何额外的优化工具箱。
我在实际项目中把DE的种群设置成20,迭代25轮,也就是最多跑500次模型训练。听起来很多,但在并行环境下,一次完整搜索通常几小时就能完成,比手动调参靠谱得多。后面会详细讲DE的参数设置和代码实现。
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2. 数据预处理与实验配置
2.1 数据归一化必须只用训练集的统计量
时序预测里数据归一化几乎是必须的,尤其是当输入数据的量级差异大的时候。本项目用的单变量序列一般波动范围不固定,直接用原始数值训练会导致梯度不稳定,模型很难收敛。常见做法是把数据缩放到[0, 1]或者[-1, 1]区间。
这里有一个非常重要的细节:计算归一化用的min和max只能从训练集上获得,然后原样应用到验证集和测试集。很多人图省事,把全部数据一起做归一化再切分,这会造成数据泄漏。后果是验证集和测试集的信息在训练阶段就被模型“偷看”到了,实验结果虚高,放到真实预测场景立刻现原形。
Matlab里面用mapminmax函数做归一化很方便,但默认是行处理,记得先确认数据的方向。我一般习惯这样处理:
matlab复制% data是列向量,dataMin和dataMax只从训练集计算
dataMin = min(trainData);
dataMax = max(trainData);
trainNorm = (trainData - dataMin) / (dataMax - dataMin + eps);
testNorm = (testData - dataMin) / (dataMax - dataMin + eps);
预测完成后,再用同样的公式逆变换回去得到真实尺度的预测结果,这样才能计算真实的RMSE等误差指标。emaill;预测的时候用反归一化公式:
matlab复制pred = predNorm * (dataMax - dataMin) + dataMin;
2.2 滑动窗口构建的思路和标签对齐
构建训练样本的逻辑很简单。假设原始序列长度为L,窗口长度为winSize,那么样本数量是L - winSize。每个样本的输入是data(i : i+winSize-1),标签是data(i+winSize)。要注意标签不能和输入重叠,不然模型什么都没学到。
这里我建议多做一个细节:把样本打乱(shuffle)再按批次训练。时序数据天然有很强的顺序相关性,如果不打乱,同一个批次的样本都是相邻时间段的序列,模型很容易学到“延续性”而不是真实模式。打乱之后,每个批次内的样本时间跨度不同,能强迫模型学习通用特征。
不过验证集和测试集不能打乱,要严格保持时间顺序,否则评估出来的性能是没有实际意义的。因为真实预测场景里,我们永远是用过去预测未来,不可能打乱时间顺序。
Matlab的窗口构建代码大致如下:
matlab复制winSize = 24; % 用过去24小时预测下1小时
numSamples = length(normData) - winSize;
X = zeros(numSamples, winSize, 1);
Y = zeros(numSamples, 1);
for i = 1 : numSamples
X(i, :, 1) = normData(i : i + winSize - 1);
Y(i, 1) = normData(i + winSize);
end
2.3 训练集、验证集、测试集的划分比例
时间序列的划分不能随机抽取,必须按时间顺序切。我习惯做7:1.5:1.5的划分,也就是前70%做训练,中间的15%做验证,最后15%做测试。验证集用来给DE算法评估超参数组合,测试集留到所有训练调参结束之后做最终评估。
有个坑要提醒:验证集不能参与训练,但也不能一次都不看。DE搜索每轮都要用验证集RMSE来决定候选解的优劣,这其实也是一种对验证集的间接过拟合。所以最终评估必须放在从未参与过参数搜索的测试集上做,这样才能说明模型真正的泛化能力。
3. 核心模型实现与Matlab代码解析
3.1 DE算法的Matlab实现框架
DE算法的流程非常固定:初始化种群、计算适应度、变异、交叉、选择,循环迭代。我直接拿它来搜索超参数。每个个体是一个向量,向量里的每个元素对应一个超参数。比如:
- 个体向量:[numLayers, numHeads, hiddenUnits, dropout, learningRate, L2Regularization]
- 搜索范围:numLayers∈[1,3],numHeads∈[2,8],hiddenUnits∈[32,256],dropout∈[0.05,0.4],learningRate∈[0.0001,0.01],L2∈[0.0001,0.01]
变异算子的公式是标准DE/rand/1:
matlab复制mutant = pop(i);
for k = 1 : dim
r1 = randi([1, popSize]);
r2 = randi([1, popSize]);
r3 = randi([1, popSize]);
mutant(k) = pop(r1, k) + F * (pop(r2, k) - pop(r3, k));
% 边界处理
if mutant(k) < lb(k) || mutant(k) > ub(k)
mutant(k) = lb(k) + rand * (ub(k) - lb(k));
end
end
F是缩放因子,一般取0.5到0.9。取0.5时收敛快,但容易陷入局部最优;取0.9时探索性强,但收敛慢。我实际用下来,F=0.7是个不错的平衡点。交叉概率CR取0.8左右。
适应度计算这一步是整个DE搜索中最耗时的部分。每个个体都要完整地建一次Transformer-BiLSTM模型并训练若干轮,然后在验证集上计算RMSE。我建议在适应度计算处加上并行化处理,用MATLAB的parfor跑会快很多。
3.2 Transformer编码器模块在Matlab里的实现要点
如果直接用Matlab深度学习工具箱,有一个内置的transformerLayer可以调用,但灵活性偏弱。为了跟BiLSTM做自由拼接,我建议直接用自定义层来写多头自注意力。核心是Query、Key、Value三个线性映射和attention权重的计算。
多头自注意力的公式是:
matlab复制% 简化示意:单头注意力
Q = X * Wq;
K = X * Wk;
V = X * Wv;
scores = Q * K' / sqrt(dk);
weights = softmax(scores, 2);
output = weights * V;
多头就是把Q、K、V拆成多个子空间分别做注意力,最后拼接起来再经过一个输出投影。这一步在Matlab里用矩阵运算写起来很方便,不需要复杂的循环。
不过有一个细节:时序预测里,注意力计算时要不要做Mask。标准的Transformer做序列建模时会加因果Mask,防止当前位置注意到未来。但本项目是因为要用过去预测未来,所以在训练的时候,如果输入窗口内本身就只包含历史信息,那么不加Mask问题的确不大。但如果在有些数据结构下,输入与标签过于接近,模型会学到“复制上一步”的捷径策略,我建议还是实现一个简单的Mask逻辑,把未来位置的信息屏蔽掉,避免模型走捷径。
还有一个细节是位置编码。Transformer本身没有顺序感,必须额外加位置信息。我用了最简单的sinusoidal位置编码,不需要训练,直接加到输入向量上,Matlab里几行就能生成:
matlab复制position = (1 : winSize)';
angle = bsxfun(@times, position, 1 ./ (10000 .^ ((0 : dk-1) / dk)));
posEncoding = [sin(angle(:, 1:2:end)), cos(angle(:, 2:2:end))];
3.3 BiLSTM模块与Transformer特征的融合方式
BiLSTM在Matlab里用bilstmLayer很容易定义,关键是输出模式的选择。如果只想要最终时刻的隐藏状态做预测,就用OutputMode='last';如果还要继续参与特征融合,就用'sequence'。本项目里为了融合Transformer各时间步的特征,我选择让BiLSTM输出整个序列,然后做某种聚合操作,比如沿时间维求平均,或者只取最后一个时间步。
我实验下来,取最后一个时间步比取平均要稳定一点。原因是BiLSTM最后时间步的隐藏状态里包含了双向信息的最完整压缩,取平均反而会稀释掉关键变化点。当然这个不是绝对的,不同的数据分布有差异,跑几组对比就知道了。
融合方式上,我做了几组实验对比了“相加”和“拼接”。相加要求两个特征的维度必须一致,使用起来有些局限。拼接则更灵活,维度翻倍后交给全连接层自己学权重。实测下来,拼接的效果明显好于相加,尤其是当Transformer注意力和BiLSTM提取到的特征差异较大时,拼接能让全连接层有更大的组合空间。
最终的预测头非常简洁:一个全连接层把拼接后的特征映射到1维输出。这里不需要加激活函数,因为这是回归任务,输出层可以保持线性。
4. 训练策略与收敛控制
4.1 损失函数和评估指标怎么选择
训练阶段的损失函数用的是MSE(均方误差),因为它对异常值敏感,梯度信号明确,容易收敛。但评估模型性能的时候,只看MSE是不够的,我建议同时计算RMSE、MAE、MAPE和R²四项指标。它们各有用处:
- RMSE:和原始数据同量纲,误差大时会被放大,适合判断模型在极端时刻的表现。
- MAE:平均绝对误差,更稳健,不受少数异常点影响。
- MAPE:百分比误差,适合向业务方解释模型的预测精度。
- R²:决定系数,越接近1越好,代表模型解释了真实值波动的多少比例。
如果业务场景对“偶尔抓狂的异常点”很敏感,那应该重点看RMSE;如果只看整体预测稳定性,MAE更合理。我这里做最终评估时四项都列出来,方便自己判断模型在不同维度的表现。
4.2 Adam优化器配合学习率下降曲线
训练混合模型,优化器的选择其实没有太多悬念,Adam基本是默认选项。它对学习率不那么敏感,能让训练快速稳定地跑下去。但Transformer这类结构对学习率的要求比较高,初始学习率过大很容易出现NaN或者振荡,过小则收敛太慢。
我在这里的做法是:DE搜索的是“初始学习率”,实际训练时采用分段下降策略。前30%的epoch用初始学习率,中间40%降为原来的30%,最后30%再降为原来的10%。这样能有效缓解后期震荡,让模型在最优解附近更精细地收敛。
Matlab的trainNetwork里没有直接内建这种分段策略,但可以自己写训练循环,用dlarray和adamupdate手动控制。虽然麻烦一点,但灵活性高很多,还能顺便加梯度裁剪。
梯度裁剪这里值得多说一句。Transformer+BiLSTM混合模型训练过程中,梯度很容易变得特别大,尤其是序列长度比较长、网络比较深的时候。不加梯度裁剪,很容易在某个batch出现NaN。我习惯把梯度范数裁剪到10,实测下来能稳定不少。
4.3 早停和正则化怎么配合
混合模型参数多,过拟合风险比单模型大很多。我的经验是两件事必须同时做:一是dropout,二是早停。
dropout加在Transformer的注意力输出之后,以及BiLSTM的输出层之前。比例一般取0.1到0.3之间,DE算法会自动搜索这个值。我自己的实验里,0.15到0.2的效果通常最好,太高了会显著降低训练速度,太低了又挡不住过拟合。
早停则是最简单有效的防过拟合手段。我每5个epoch在验证集上算一次RMSE,连续3次不下降就停止训练。这样能保证DE在搜索时不浪费太多时间在注定过拟合的候选参数上,整体搜索速度也更快。
还有一点容易被忽略:L2正则化。Matlab的trainNetwork可以直接设置L2Regularization参数,自己写训练循环时则要把它考虑进梯度计算里。L2和dropout其实有功能重叠的地方,我的经验是:L2设一个很小的值(比如0.0001)兜底,主要防过拟合靠dropout和早停就够了。
5. 常见问题与排查技巧实录
5.1 维度不匹配怎么排查
这是Mul模型在Matlab里最容易遇到的报错。Transformer注意力输出维度是(样本数×时间步数×headDim),BiLSTM的输出维度是(样本数×时间步数×hiddenUnits*2),拼接时如果两者在第二维上不一致,直接报错。
排查思路很简单:在拼接前用size()打桩检查每一步输出的维度。Transformer的headDim=numHeadsdk,BiLSTM的hiddenUnits2就是双向拼接后的维度。只要保证在拼接前,或者再加一层线性变换把维度对齐就行。
我在写自定义层时,会在forward方法里加一句:
matlab复制disp(size(self.AttnOutput));
disp(size(self.BiLSTMOutput));
跑一遍报错就能定位到是哪一层维度对不上,比盲猜快得多。
5.2 预测结果滞后严重怎么处理
时序预测最常见的问题是预测曲线比真实曲线滞后一拍,尤其是预测值画出来像真实值向右平移了一个单位。这是因为模型在训练中学到了“当前值≈上一个时刻的值”这种偷懒策略,尤其当序列自相关性很强时特别严重。
解决思路有三个方向。第一,降低学习率,让模型不那么容易走捷径;第二,适当增大窗口长度,给模型更多上下文信息,让它有能力做真正的推断;第三,检查数据里是否包含未来信息,比如归一化时用了全量数据的min/max,就会让模型偷看到未来。
我遇到滞后问题时,一般先排查数据泄漏,再调窗口和学习率。大部分情况下,数据泄漏才是滞后现象的真正原因。
5.3 训练过程中出现NaN或者不收敛
NaN问题在Transformer类模型里是老熟人,几乎每个人都遇过。主要原因通常是学习率过大,或者网络内部数值不稳定。LayerNorm加没加是个关键原因,Transformer结构里如果漏了LayerNorm,浅层网络可能还能跑,深了必然出问题。
处理方法也简单:先把学习率降到原来的十分之一跑一遍;再加梯度裁剪;检查输入数据里有没有NaN或者Inf值。如果还是不行,就看看是不是自注意力权重过大导致softmax分母溢出,给attention scores乘一个缩放因子是标准操作。
5.4 DE算法搜索效果差怎么办
如果DE跑了很多轮,适应度值却一直高居不下,大概率是搜索范围设得不合理。比如learningRate范围设成0.01以上,可能每个候选参数都因为梯度爆炸而训练失败,适应度全部是垃圾值,DE再聪明也白搭。
建议先把每个超参数的范围单独做一次粗略的敏感性测试。比如固定其他参数,只把learningRate从0.0001到0.01按对数间隔取几个值,快速跑几轮训练看RMSE趋势,然后把这个范围缩窄。这样做虽然多花一点时间,但能让DE集中在有效区域搜索,实际效率反而更高。
另外,种群数量太少也容易出问题。DE的种群数量最少不要低于15,最好在20到30之间。种群太小,变异算子的扰动方向太有限,无法有效探索搜索空间。
5.5 常用参数速查表
下面这个表是我多次实验之后总结的初始化范围,适合大多数单变量时序预测场景。如果你的数据特性完全不同,可以在这个基础上放宽或缩小范围。
| 参数 | 推荐范围 | 说明 |
|---|---|---|
| 输入窗口长度 | 12~48 | 根据序列周期性和数据量选择,周期明显的取周期长度的整数倍 |
| Transformer编码器层数 | 1~3 | 层数过多容易过拟合,单变量预测一般1~2层就够 |
| 注意力头数 | 2~8 | 头数增加能提升表达能力,但过多会让小数据过拟合 |
| BiLSTM隐藏单元数 | 32~256 | 隐藏单元越多表达力越强,训练时间也线性增长 |
| Dropout比例 | 0.1~0.3 | 混合模型建议不要低于0.1 |
| 初始学习率 | 0.0001~0.01 | 默认从0.001开始调 |
| 批大小 | 32~128 | 数据量小用32,数据量大可以适当调大 |
| 最大训练轮数 | 50~200 | 用早停控制实际轮数 |
| DE种群数 | 15~30 | 常用20 |
| DE缩放因子F | 0.5~0.9 | 常用0.7 |
| DE交叉概率CR | 0.6~0.9 | 常用0.8 |
6. Matlab代码整体框架与运行流程
6.1 完整流程划分
整个项目的Matlab代码大致分成四个模块:数据预处理模块、DE搜索模块、模型训练模块、评估可视化模块。如果后面要复用,建议把这四块分开写成函数,不要全部堆在一个脚本里。
数据预处理模块负责读取序列、切分数据集、归一化、生成滑动窗口。这块我建议把窗口大小作为一个函数参数传进去,方便后续针对不同数据做快速调整。
DE搜索模块是核心,输入是超参数范围、训练数据、验证数据,输出是最优超参数组合。内部实现包括种群初始化、适应度评估、变异交叉选择循环。注意把“训练一次模型并返回验证RMSE”封装成单独函数,这样DE主循环代码看着非常干净。
模型训练模块接受DE输出的最优超参数,在训练集和验证集上重新训练一遍完整模型,然后保存参数。评估可视化模块则用测试集数据做预测,计算四项误差指标,画出真实值和预测值的对比曲线。
6.2 自定义训练循环的骨架
如果只用trainNetwork,会很难嵌入DE搜索过程。因为每个个体都要用不同的超参数创建网络,trainNetwork的语法对动态创建网络不太友好。所以我直接写了自定义训练循环,结构是:
matlab复制for epoch = 1 : maxEpochs
for i = 1 : numBatches
[XBatch, YBatch] = getBatch(trainData, i, ...);
[loss, gradients, state] = dlfeval(@modelLoss, net, XBatch, YBatch, params);
[net, avgGrad, avgSqGrad] = adamupdate(net, gradients, ...
avgGrad, avgSqGrad, iteration, learnRate);
end
valRMSE = validateModel(net, valData, ...);
if 连续多轮不改善
break
end
end
dlfeval和modelLoss是自定义训练循环的核心。modelLoss函数里要做的事情是:前向传播得到预测值,计算MSE损失,再用dlgradient求梯度。Transformer的注意力层如果手写就要用支持自动微分的操作,比如dlmtimes、softmax等,不能用普通的矩阵函数。
6.3 并行加速DE搜索的具体做法
DE搜索最耗时的地方就是每个个体都要训练一次模型。如果串行执行,20个种群迭代25轮就是500次训练,可能会跑一天一夜。用并行池能显著加速。
Matlab里用parfor替换for循环即可。不过有几个细节需要注意:并行池里的每个worker都要能访问训练数据和函数,所以需要把数据封装成parfeval能传递的形式;另外要在循环外先创建好并行池:
matlab复制if isempty(gcp('nocreate'))
parpool('local');
end
还有个小技巧:DE的变异和交叉阶段依赖上一代的全局种群信息,这部分不适合并行;只有适应度评估可以并行。所以要把适应度评估单独抽出来用parfor,其余部分保持串行。
7. 实验效果与结果分析
7.1 和单模型对比时的结论
我用公开数据集做了多组对比实验,一组是单独BiLSTM,一组是单独Transformer,一组是本文的DE-Transformer-BiLSTM。在相同的训练集、验证集和测试集划分条件下,混合模型的RMSE比单独BiLSTM降低了大概12%,比单独Transformer降低了16%左右。
有意思的是,单独Transformer在训练过程中很容易过拟合,验证集损失很快反弹。加入BiLSTM和DE调参之后,模型在验证集上的表现稳定了很多。这说明混合结构的优势不只是简单的“精度更高”,更重要的是鲁棒性更好,不容易被局部最优卡死。
7.2 留存测试集上的典型结果
以某个日负荷数据为例,测试集共500个时间点,窗口用的是24小时预测1小时。最终预测曲线和真实曲线的趋势基本重合,峰值时刻的误差相对大一些,但在可接受范围内。
具体数值上,测试集RMSE大约在0.032(归一化后),MAPE大约3.8%,R²达到了0.97以上。需要注意的是,MAPE在预测值接近零时会爆炸,所以在数值比较小的序列上,可以优先看RMSE和MAE。
7.3 DE搜索过程的可视化观察
把DE每一代的全局最优适应度画出来,会看到前几代下降非常快,后面逐渐平缓,接近收敛。这说明DE的前期探索能力强,后期局部搜索能力也够用。如果收敛曲线在迭代中段出现平台期,可以适当提高F,增加变异强度。
我在实际跑的过程中还发现,不同个体之间的适应度差异很大,有的超参数组合在验证集上RMSE能到0.1,有的能到0.03。这说明混合模型的性能对超参数是非常敏感的,靠经验猜测很难找到最优解,DE这类自动搜索算法确实值得花时间跑一遍。
8. 一些额外的实战建议
8.1 数据量少的时候谨慎用重模型
如果你的序列数据只有几百个点,Transformer编码器加BiLSTM的混合模型很容易学不动,过拟合到没法看。此时有两种选择:一是把窗口长度缩短,模型复杂度降低;二是先用小规模数据确定一个靠谱的基线(比如纯LSTM或者ARIMA),确认混合模型确实带来了显著提升再用。
DE搜索本身也会加重过拟合风险,因为搜索过程本质上是在“挑”一组最适配验证集的参数。如果你的验证集只有几十个点,那么“最优参数”很可能仅仅是在这几十个点上表现好,换到真实验证集上就蔫了。建议验证集至少要有100个以上时间点。
8.2 数据分布变化时要定期重新搜索
时序数据的地狱之处在于它可能不平稳。上个月调好的参数,下个月就失灵了。我的建议是:部署到线上环境后,定期记录近期误差,一旦误差明显变差,就用最近包含最新数据的训练集重新跑一遍DE搜索。这样虽然会多花一些计算时间,但至少不会让模型在真实场景里越跑越歪。
8.3 保存中间结果的习惯
DE搜索整个跑下来要不少时间,建议每一个迭代轮次都把当前最优个体、适应度值、训练时间保存到.mat文件。这样如果程序意外中断,还可以从上次的进度接着跑,不用全部重来。我自己的习惯是每5代保存一次检查点,同时把每代的全局最优适应度记录下来,方便后期画收敛曲线。
另外,训练完最终模型后,强烈建议把归一化参数、窗口大小、模型结构参数、训练轮数一起保存。不然过了一个月再回来用这个模型,你大概率想不起来当时是怎么设置的。
9. 我对这个方案的总体体会
这组模型我在Matlab里来回折腾了两周多,最开始只想跑个LSTM交差,后来忍不住加Transformer,最后发现参数实在太多,才想到用DE来兜底。现在回看,DE-Transformer-BiLSTM这个组合确实有点“重”,如果只是做教学demo或者数据量很小的任务,完全没有必要上这么大的组合。但如果你手头的数据有上万条、几十万条,而且业务上确实对预测精度有硬要求,那这套方案是值得投入的。
我在实际使用中最满意的地方是DE把调参这件最枯燥的事情自动化了。以前每次换数据集,光是手动试参数就要花一两天;现在跑一轮DE搜索,虽然也要花几个小时,但是整个过程不用人盯着,跑完直接用最优参数训练就行了。这种体验上的提升,甚至比那百分之十几的精度提升更让人舒服。
最后再分享一个小技巧:如果DE搜索时单个个体训练太慢,可以先把网络变浅、隐藏单元变小,快速跑完一轮搜索确定大致的最优范围,然后缩小搜索范围、加大网络复杂度,再跑第二轮。这个“先粗后细”的思路,能帮你少踩很多时间上的坑。
