Datawhale AI 夏令营 电力需求预测赛(机器学习)——task2个人笔记

乐圻 2024-08-07 10:31:02 阅读 91

大赛链接:2024 iFLYTEK A.I.开发者大赛-讯飞开放平台 (xfyun.cn)

赛题背景:

 全球化和城市化加快导致电力系统承受极大压力,电力需求的准确预测在此时显得格外重要。以“电力需求预测”为赛题的数据算法挑战赛。选手需要根据历史数据构建有效的模型,能够准确的预测未来电力需求。

 赛题任务:

给定多个房屋对应电力消耗历史N天的相关序列数据等信息,预测房屋对应电力的消耗。

 task2主要任务:

基于task1中给出的baseline使用进阶的lightgbm进行进一步解决问题,通过task2获取更好的预测任务。

task1给出的代码如下:

<code># 1. 导入需要用到的相关库

# 导入 pandas 库,用于数据处理和分析

import pandas as pd

# 导入 numpy 库,用于科学计算和多维数组操作

import numpy as np

# 2. 读取训练集和测试集

# 使用 read_csv() 函数从文件中读取训练集数据,文件名为 'train.csv'

train = pd.read_csv('./data/data283931/train.csv')

# 使用 read_csv() 函数从文件中读取测试集数据,文件名为 'train.csv'

test = pd.read_csv('./data/data283931/test.csv')

# 3. 计算训练数据最近11-20单位时间内对应id的目标均值

target_mean = train[train['dt']<=20].groupby(['id'])['target'].mean().reset_index()

# 4. 将target_mean作为测试集结果进行合并

test = test.merge(target_mean, on=['id'], how='left')code>

# 5. 保存结果文件到本地

test[['id','dt','target']].to_csv('submit.csv', index=None)

最后得分为373.89846

task2具体内容:

(1)导入相关库。

在task1中已经导入了机器学习中常见的数据分析的

库,分别是numpy和pandas,接下来仍然需要导入lightgbm和sklearn,此外也需要用到其他模块,需要一并导入。

注意,此处的lightgbm使用的是3.3.0版本。

import numpy as np

import pandas as pd

import lightgbm as lgb

from sklearn.metrics import mean_squared_log_error, mean_absolute_error, mean_squared_error

import tqdm

import sys

import os

import gc

import argparse

import warnings

warnings.filterwarnings('ignore')

请注意,此处在导入库的时候,如果事先并未安装相关库的话,需要进行下载,具体步骤为打开powershell,输入

pip install ****

****处为需要安装的库。

(2)读取数据。

读取训练数据和测试数据,具体代码与baseline给出的一样,直接粘贴复制即可。

注意:在读取数据时后方括号内应为实际数据存储的位置!

(3)特征工程

task2主要构建了 历史平移特征 窗口统计特征;关于特征工程的详细解释和具体分类,可以参考图灵的猫.大佬的文章,链接:http://t.csdnimg.cn/ZiQCk。具体说明如下:

历史平移特征:通过历史平移获取上阶段信息。可以这样理解,将昨天的信息给到今天,今天的信息给到明天,明天的信息给到后天,从而实现平移单位的特征构建。窗口统计特征:构建不同的窗口大小,基于窗口的范围进行均值等数据量的信息统计,可以反映最近阶段数据的变化情况。

代码如下 :

# 合并训练数据和测试数据,并进行排序

data = pd.concat([test, train], axis=0, ignore_index=True)

data = data.sort_values(['id','dt'], ascending=False).reset_index(drop=True)

# 历史平移

for i in range(10,30):

data[f'last{i}_target'] = data.groupby(['id'])['target'].shift(i)

# 窗口统计

data[f'win3_mean_target'] = (data['last10_target'] + data['last11_target'] + data['last12_target']) / 3

# 进行数据切分

train = data[data.target.notnull()].reset_index(drop=True)

test = data[data.target.isnull()].reset_index(drop=True)

# 确定输入特征

train_cols = [f for f in data.columns if f not in ['id','target']]

(4)模型训练和预测

task2使用的是Lightgbm模型,在训练时需要注意,因为在此处给出的数据具有时序关系,所以需要严格按照时序进行分割;在此处将dt在30之后的作为训练集,之前数据作为验证集。代码如下:

def time_model(lgb, train_df, test_df, cols):

# 训练集和验证集切分

trn_x, trn_y = train_df[train_df.dt>=31][cols], train_df[train_df.dt>=31]['target']

val_x, val_y = train_df[train_df.dt<=30][cols], train_df[train_df.dt<=30]['target']

# 构建模型输入数据

train_matrix = lgb.Dataset(trn_x, label=trn_y)

valid_matrix = lgb.Dataset(val_x, label=val_y)

# lightgbm参数

lgb_params = {

'boosting_type': 'gbdt',

'objective': 'regression',

'metric': 'mse',

'min_child_weight': 5,

'num_leaves': 2 ** 5,

'lambda_l2': 10,

'feature_fraction': 0.8,

'bagging_fraction': 0.8,

'bagging_freq': 4,

'learning_rate': 0.05,

'seed': 2024,

'nthread' : 16,

'verbose' : -1,

}

# 训练模型

model = lgb.train(lgb_params, train_matrix, 50000, valid_sets=[train_matrix, valid_matrix],

categorical_feature=[], verbose_eval=500, early_stopping_rounds=500)

# 验证集和测试集结果预测

val_pred = model.predict(val_x, num_iteration=model.best_iteration)

test_pred = model.predict(test_df[cols], num_iteration=model.best_iteration)

# 离线分数评估

score = mean_squared_error(val_pred, val_y)

print(score)

return val_pred, test_pred

lgb_oof, lgb_test = time_model(lgb, train, test, train_cols)

# 保存结果文件到本地

test['target'] = lgb_test

test[['id','dt','target']].to_csv('submit.csv', index=None)

需要注意,此处的model参数设定处,因为使用的lightgbm为3.3.0版本,如果使用最新版本的lightgbm会导致报错,我在此处也因为版本问题苦恼许久,后面根据群内大佬的解答,此处的verbose_eval=500, early_stopping_rounds=500可以进行更改,更改为callbacks=[early_stopping.early_stopping(500), log_evaluation.log_evaluation(period=50)]即可正常运行。

到此处tesk2已经完成,最后的得分为259.674,可以见到相较于之前的task1的分数有了较大的进步。 



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