毕设项目分享 LSTM股价预测

0 简介今天学长向大家介绍一个机器视觉的毕设项目毕业设计项目分享 LSTM股价预测项目运行效果毕业设计 lstm股价预测项目分享见主页任意置顶文章1 LSTM 神经网络长短期记忆 (LSTM) 神经网络属于循环神经网络 (RNN) 的一种特别适合处理和预测与时间序列相关的重要事件。以下面的句子作为一个上下文推测的例子​“我从小在法国长大我会说一口流利的”由于同一句话前面提到”法国“这个国家且后面提到“说”这个动作。因此LSTM便能从”法国“以及”说“这两个长短期记忆中重要的讯号推测出可能性较大的”法语“这个结果。K线图与此类似股价是随着时间的流动及重要讯号的出现而做出反应的在价稳量缩的盘整区间中突然出现一带量突破的大红K表示股价可能要上涨了在跳空缺口后出现岛状反转表示股价可能要下跌了在连涨几天的走势突然出现带有长上下影线的十字线表示股价有反转的可能LSTM 要做的事情就是找出一段时间区间的K棒当中有没有重要讯号如带量红K并学习预测之后股价的走势。2 LSTM 股价预测实例数据是以鸿海(2317)从2013年初到2017年底每天的开盘价、收盘价、最高价、最低价、以及成交量等数据。首先将数据写入并存至pandas的DataFrame另外对可能有N/A的row进行剔除数据写入importpandasaspd foxconndfpd.read_csv(./foxconn_2013-2017.csv,index_col0)foxconndf.dropna(howany,inplaceTrue)為了避免原始数据太大或是太小没有统一的范围而导致 LSTM 在训练时难以收敛我们以一个最小最大零一正规化方法对数据进行修正fromsklearnimportpreprocessingdefnormalize(df):newdfdf.copy()min_max_scalerpreprocessing.MinMaxScaler()newdf[open]min_max_scaler.fit_transform(df.open.values.reshape(-1,1))newdf[low]min_max_scaler.fit_transform(df.low.values.reshape(-1,1))newdf[high]min_max_scaler.fit_transform(df.high.values.reshape(-1,1))newdf[volume]min_max_scaler.fit_transform(df.volume.values.reshape(-1,1))newdf[close]min_max_scaler.fit_transform(df.close.values.reshape(-1,1))returnnewdf foxconndf_normnormalize(foxconndf)然后对数据进行训练集与测试集的切割另外也定义每一笔数据要有多长的时间框架​import numpy as npdef data_helper(df, time_frame):3 数据维度: 开盘价、收盘价、最高价、最低价、成交量, 5维number_features len(df.columns)# 将dataframe 转换为 numpy array datavalue df.as_matrix() result [] # 若想要观察的 time_frame 為20天, 需要多加一天作为验证答案 for index in range( len(datavalue) - (time_frame1) ): # 从 datavalue 的第0个跑到倒数第 time_frame1 个 result.append(datavalue[index: index (time_frame1) ]) # 逐笔取出 time_frame1 个K棒数值做為一笔 instance result np.array(result) number_train round(0.9 * result.shape[0]) # 取 result 的前90% instance 作为训练数据 x_train result[:int(number_train), :-1] # 训练数据中, 只取每一个 time_frame 中除了最后一笔的所有数据作为feature y_train result[:int(number_train), -1][:,-1] # 训练数据中, 取每一个 time_frame 中最后一笔数据的最后一个数值(收盘价)作为答案 # 测试数据 x_test result[int(number_train):, :-1] y_test result[int(number_train):, -1][:,-1] # 将数据组成变好看一点 x_train np.reshape(x_train, (x_train.shape[0], x_train.shape[1], number_features)) x_test np.reshape(x_test, (x_test.shape[0], x_test.shape[1], number_features)) return [x_train, y_train, x_test, y_test]4 以20天为一区间进行股价预测X_train,y_train,X_test,y_testdata_helper(foxconndf_norm,20)我们以 Keras 框架作为 LSTM 的模型选择首先在前面加了两层 256个神经元的 LSTMlayer并都加上了Dropout层来防止数据过度拟合overfitting。最后再加上两层有不同数目神经元的全连结层来得到只有1维数值的输出结果也就是预测股价fromkeras.modelsimportSequentialfromkeras.layers.coreimportDense,Dropout,Activationfromkeras.layers.recurrentimportLSTMimportkerasdefbuild_model(input_length,input_dim):d0.3modelSequential()model.add(LSTM(256,input_shape(input_length,input_dim),return_sequencesTrue))model.add(Dropout(d))model.add(LSTM(256,input_shape(input_length,input_dim),return_sequencesFalse))model.add(Dropout(d))model.add(Dense(16,kernel_initializeruniform,activationrelu))model.add(Dense(1,kernel_initializeruniform,activationlinear))model.compile(lossmse,optimizeradam,metrics[accuracy])returnmodel# 20天、5维modelbuild_model(20,5)建立好 LSTM 模型后我们就用前面编辑好的训练数据集开始进行模型的训练LSTM 模型训练​# 一个batch有128个instance总共跑50个迭代model.fit(X_train,y_train,batch_size128,epochs50,validation_split0.1,verbose1)在经过一段时间的训练过程后我们便能得到 LSTM模型model。接着再用这个模型对测试数据进行预测以及将预测出来的数值pred与实际股价y_test还原回原始股价的大小区间LSTM 模型预测股价及还原数值​defdenormalize(df,norm_value):original_valuedf[close].values.reshape(-1,1)norm_valuenorm_value.reshape(-1,1)min_max_scalerpreprocessing.MinMaxScaler()min_max_scaler.fit_transform(original_value)denorm_valuemin_max_scaler.inverse_transform(norm_value)returndenorm_value# 用训练好的 LSTM 模型对测试数据集进行预测predmodel.predict(X_test)# 将预测值与实际股价还原回原来的区间值denorm_preddenormalize(foxconndf,pred)denorm_ytestdenormalize(foxconndf,y_test)5 LSTM 预测股价结果让我们把还原后的数值与实际股价画出来看看效果如何LSTM 预测股价结果​importmatplotlib.pyplotasplt%matplotlib inline plt.plot(denorm_pred,colorred,labelPrediction)plt.plot(denorm_ytest,colorblue,labelAnswer)plt.legend(locbest)plt.show()如下图蓝线是实际股价、红线是预测股价。虽然整体看起来预测股价与实际股价有类似的走势但仔细一看预测股价都比实际股价落后了几天。所以我们来调整一些设定时间框架长度的调整Keras 模型里全连结层的 activation 与 optimizaer 的调整Keras 模型用不同的神经网路种类、顺序、数量来组合batch_size的调整、epochs的调整 …经过我们对上述的几个参数稍微调整过后我们就得到一个更贴近实际股价的预测结果啦。6 完整工程项目项目分享见主页任意置顶文章