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【Applied Energy最新原创论文】一种具有双阶段注意力机制的新型深度学习碳价短期预测模型

AEii国际应用能源 • 1 年前 • 86 次点击  

原文信息

A novel deep learning carbon price short-term prediction model with dual-stage attention mechanism

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261923007444

Highlights

• 首次利用Seq2Seq深度学习框架对碳价格数据进行短期预测

• 使用双阶段注意力机制取代传统机器学习的特征工程工作

• 使用 CEEMDAN 分解价格序列,并使用 PCA 降低输入影响因素的维数

• 讨论了模型超参数对预测结果的影响


摘要

碳价格预测可帮助参与者跟踪碳市场动态并制定交易策略。统计学模型很难准确捕捉碳定价的非线性特征,机器学习方法需要复杂的人工特征工程。为了解决上述难点,本研究提出了一种基于深度学习架构的碳价格预测模型:使用自适应噪声的完整集成经验模态分解方法分解历史价格得到本征模态函数,主成分分析降低各影响因素的维数,采用基于双阶段注意力的递归神经网络,一种由特征注意力的编码器和具有时间注意力的解码器组成的Seq2Seq模型来预测湖北省碳排放配额的价格。双阶段注意力机制能够自适应地预处理数据,并且比人工处理更高效。统计学分析和灰色相关性分析表明,湖北省碳排放配额具有较高的自相关性,且与国际碳市场、能源与工业、经济、环境的相关指标有着由高到低的相关性。在本文选取的数据集测试下,本研究提出的预测框架的误差(平均绝对误差 = 0.75、平均绝对百分比误差 = 1.59 和均方根误差 = 1.28)均低于目前国内外常用的碳价预测模型。


更多关于“Carbon price prediction”的文章请见:

https://www.sciencedirect.com/search?pub=Applied%20Energy&cid=271429&qs=Carbon%20price%20prediction

Abstract

Carbon price prediction can help participants keep abreast of carbon market dynamics and develop trading strategies. It is challenging for statistical models to accurately capture the nonlinear characteristics of the carbon pricing, and machine learning methods need sophisticated artificial feature engineering. To successfully address these drawbacks, our research suggests a cCarbon pricearbon price forecasting model built on a deep learning architecture. Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise decomposes historical price to obtain Intrinsic Mode Function and Principal Component Analysis reduces the dimensionality of each influential factor. Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network, a Seq2Seq model, made up of an encoder with feature attention and a decoder with temporal attention, is employed to predicted price of the Hubei Carbon Emissions Allowance. The dual-attention mechanism enables preprocessing to be done adaptively and more effectively than manual processing. As shown by statistical analysis and grey correlation analysis, Hubei Carbon Emissions Allowance has a high autocorrelation, and the carbon market, energy and industry, economy, and environment have high to low correlations on it. The accuracy metrics of this framework, Mean Absolute Error = 0.75, Mean Absolute Percentage Error = 1.59 and Root Mean Squared Error = 1.28, are lower than compared models.


Keywords

Carbon price

Deep learning

Multivariate time series forecasting

Time series decomposition

Principal component analysis

Graphics

图1 数据流程框图

图2 双注意力递归神经网络的编码器结构

图3 双注意力递归神经网络的解码器结构

图4 特征注意力结构

图5 时间注意力结构

图6 灰色相关系数热力图

关于Applied Energy

本期小编:余佩佩;审核人:李辉

《Applied Energy》是世界能源领域著名学术期刊,在全球出版巨头爱思唯尔 (Elsevier) 旗下,1975年创刊,影响因子11.2,CiteScore 20.4,高被引论文ESI全球工程期刊排名第4,谷歌学术全球学术期刊第53,本刊旨在为清洁能源转换技术、能源过程和系统优化、能源效率、智慧能源、环境污染物及温室气体减排、能源与其他学科交叉融合、以及能源可持续发展等领域提供交流分享和合作的平台。开源(Open Access)姊妹新刊《Advances in Applied Energy》现已正式上线。在《Applied Energy》的成功经验基础上,致力于发表应用能源领域顶尖科研成果,并为广大科研人员提供一个快速权威的学术交流和发表平台,欢迎关注!

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