Tensorflow實例：利用LSTM預測股票每日最高價（二）

根據股票歷史數據中的最低價、最高價、開盤價、收盤價、交易量、交易額、跌漲幅等因素，對下一日股票最高價進行預測。

實驗用到的數據長這個樣子：

label是標籤y，也就是下一日的最高價。列C——I爲輸入特徵。
本實例用前5800個數據做訓練數據。

單因素輸入特徵及RNN、LSTM的介紹請戳上一篇 Tensorflow實例：利用LSTM預測股票每日最高價（一）

導入包及聲明常量

import pandas as pd
import numpy as np
import tensorflow as tf

#定義常量
rnn_unit=10       #hidden layer units
input_size=7      
output_size=1
lr=0.0006         #學習率

導入數據

f=open('dataset.csv') 
df=pd.read_csv(f)     #讀入股票數據
data=df.iloc[:,2:10].values   #取第3-10列

生成訓練集、測試集

考慮到真實的訓練環境，這裏把每批次訓練樣本數（batch_size）、時間步（time_step）、訓練集的數量（train_begin,train_end）設定爲參數，使得訓練更加機動。

#——————————獲取訓練集——————————
def get_train_data(batch_size=60,time_step=20,train_begin=0,train_end=5800):
    batch_index=[]
    data_train=data[train_begin:train_end]
    normalized_train_data=(data_train-np.mean(data_train,axis=0))/np.std(data_train,axis=0)  #標準化
    train_x,train_y=[],[]   #訓練集x和y初定義
    for i in range(len(normalized_train_data)-time_step):
       if i % batch_size==0:
           batch_index.append(i)
       x=normalized_train_data[i:i+time_step,:7]
       y=normalized_train_data[i:i+time_step,7,np.newaxis]
       train_x.append(x.tolist())
       train_y.append(y.tolist())
    batch_index.append((len(normalized_train_data)-time_step))
    return batch_index,train_x,train_y

#——————————獲取測試集——————————
def get_test_data(time_step=20,test_begin=5800):
    data_test=data[test_begin:]
    mean=np.mean(data_test,axis=0)
    std=np.std(data_test,axis=0)
    normalized_test_data=(data_test-mean)/std  #標準化
    size=(len(normalized_test_data)+time_step-1)//time_step  #有size個sample 
    test_x,test_y=[],[]  
    for i in range(size-1):
       x=normalized_test_data[i*time_step:(i+1)*time_step,:7]
       y=normalized_test_data[i*time_step:(i+1)*time_step,7]
       test_x.append(x.tolist())
       test_y.extend(y)
    test_x.append((normalized_test_data[(i+1)*time_step:,:7]).tolist())
    test_y.extend((normalized_test_data[(i+1)*time_step:,7]).tolist())
    return mean,std,test_x,test_y

構建神經網絡

#——————————————————定義神經網絡變量——————————————————
def lstm(X):     
    batch_size=tf.shape(X)[0]
    time_step=tf.shape(X)[1]
    w_in=weights['in']
    b_in=biases['in']  
    input=tf.reshape(X,[-1,input_size])  #需要將tensor轉成2維進行計算，計算後的結果作爲隱藏層的輸入
    input_rnn=tf.matmul(input,w_in)+b_in
    input_rnn=tf.reshape(input_rnn,[-1,time_step,rnn_unit])  #將tensor轉成3維，作爲lstm cell的輸入
    cell=tf.nn.rnn_cell.BasicLSTMCell(rnn_unit)
    init_state=cell.zero_state(batch_size,dtype=tf.float32)
    output_rnn,final_states=tf.nn.dynamic_rnn(cell, input_rnn,initial_state=init_state, dtype=tf.float32)  #output_rnn是記錄lstm每個輸出節點的結果，final_states是最後一個cell的結果
    output=tf.reshape(output_rnn,[-1,rnn_unit]) #作爲輸出層的輸入
    w_out=weights['out']
    b_out=biases['out']
    pred=tf.matmul(output,w_out)+b_out
    return pred,final_states

訓練模型

#——————————————————訓練模型——————————————————
def train_lstm(batch_size=80,time_step=15,train_begin=0,train_end=5800):
    X=tf.placeholder(tf.float32, shape=[None,time_step,input_size])
    Y=tf.placeholder(tf.float32, shape=[None,time_step,output_size])
    batch_index,train_x,train_y=get_train_data(batch_size,time_step,train_begin,train_end)
    pred,_=lstm(X)
    #損失函數
    loss=tf.reduce_mean(tf.square(tf.reshape(pred,[-1])-tf.reshape(Y, [-1])))
    train_op=tf.train.AdamOptimizer(lr).minimize(loss)
    saver=tf.train.Saver(tf.global_variables(),max_to_keep=15)
    module_file = tf.train.latest_checkpoint()    
    with tf.Session() as sess:
        #sess.run(tf.global_variables_initializer())
        saver.restore(sess, module_file)
        #重複訓練2000次
        for i in range(2000):
            for step in range(len(batch_index)-1):
                _,loss_=sess.run([train_op,loss],feed_dict={X:train_x[batch_index[step]:batch_index[step+1]],Y:train_y[batch_index[step]:batch_index[step+1]]})
            print(i,loss_)
            if i % 200==0:
                print("保存模型：",saver.save(sess,'stock2.model',global_step=i))

嗯，這裏說明一下，這裏的參數是基於已有模型恢復的參數，意思就是說之前訓練過模型，保存過神經網絡的參數，現在再取出來作爲初始化參數接着訓練。如果是第一次訓練，就用sess.run(tf.global_variables_initializer())，也就不要用到 module_file = tf.train.latest_checkpoint() 和saver.store(sess, module_file)了。

測試

#————————————————預測模型————————————————————
def prediction(time_step=20):
    X=tf.placeholder(tf.float32, shape=[None,time_step,input_size])
    mean,std,test_x,test_y=get_test_data(time_step)
    pred,_=lstm(X)     
    saver=tf.train.Saver(tf.global_variables())
    with tf.Session() as sess:
        #參數恢復
        module_file = tf.train.latest_checkpoint()
        saver.restore(sess, module_file) 
        test_predict=[]
        for step in range(len(test_x)-1):
          prob=sess.run(pred,feed_dict={X:[test_x[step]]})   
          predict=prob.reshape((-1))
          test_predict.extend(predict)
        test_y=np.array(test_y)*std[7]+mean[7]
        test_predict=np.array(test_predict)*std[7]+mean[7]
        acc=np.average(np.abs(test_predict-test_y[:len(test_predict)])/test_y[:len(test_predict)]) #acc爲測試集偏差

最後的結果畫出來是這個樣子：

紅色折線是真實值，藍色折線是預測值

偏差大概在1.36%

代碼和數據上傳到了github上，想要的戳全部代碼

注！：如要轉載，請經過本人允許並註明出處！