动物心率与体重的模型

动物消耗的能量p主要用于维持体温,而体内热量通过其表面积S散失,记动物体重为w,则\(P \propto S \propto w^{\alpha}\)。又\(P\)正比于血流量\(Q\),而\(Q=wr\),其中\(q\)是动物每次心跳泵出的血流量,\(r\)为心率。假设\(q\)与\(r\)成正比,于是\(P \propto wr\)。于是有\(r \propto w^{\alpha-1}=w^a\),有\(r=kw^a+b\)。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import torch
import math
%matplotlib inline
r=np.array([[670],[420],[205],[120],[85],[70],[72],[38]])
w=np.array([[25],[200],[2000],[5000],[30000],[50000],[70000],[450000]])
plt.plot(w,r,'bo')
x_sample = np.arange(85, 450000, 0.1)
bottom_range = [1,2,3,4,5]
color = ['red','green','pink','black','blue']
for i in range(5):
y_sample = 5000*x_sample**(-1/bottom_range[i])
plt.plot(x_sample, y_sample, color[i],label='real curve')

由上图的预模拟,考虑\(r\)的指数为\(-1\),\(-\frac{1}{2}\),\(-\frac{1}{3}\),\(-\frac{1}{4}\),\(-\frac{1}{5}\),从中选取误差最小的

from torch.autograd import Variable
from torch import nn
from torch import optim
import math #生成目标函数 构建数据集
x_train = w
x_train = torch.from_numpy(x_train).float()
x_train = Variable(x_train) y_train = torch.from_numpy(r).float()
y_train = Variable(y_train) #构建模型
class poly_model(nn.Module):
def __init__(self,bottom):
super(poly_model,self).__init__()
self.k = nn.Parameter(torch.randn(1))
self.b = nn.Parameter(torch.zeros(1))
self.bottom = bottom def forward(self,x):
out = (x)**(-1/self.bottom)*self.k+self.b
return out
for i in range(5):
print("exponential is -1/%d"%(bottom_range[i]))
model = poly_model(bottom_range[i])
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(),lr=1e-3) # 更新参数
for j in range(150000):
output = model(x_train)
loss = criterion(output,y_train)
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
optimizer.step()
if(j%50000 == 0):
print(loss.item())
if(loss.item() < 1e-3): break print(model.parameters())
y_pred = model(x_train) plt.plot(x_train.data.numpy()[:, 0], y_pred.data.numpy(), label='fitting curve', color=color[i])
plt.plot(w, r, label='real curve', color='orange')

经过150000轮预训练,我们得到如下图,表中为曲线颜色对应的指数

指数 颜色 误差
-1/1 41184
-1/2 绿 10599
-1/3 1195
-1/4 360
-1/5 468

其中误差最小的项为\(-\frac{1}{4}\)

这里可以做一些交叉熵验证找一个最佳的learning rate代码就不贴了 随机生成学习率即可,经过100次验证 我得到的最佳学习率是0.20485,收敛的很快

model = poly_model(4)
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = optim.SGD(model.parameters(),lr=0.20485)
for j in range(50001):
output = model(x_train)
loss = criterion(output,y_train)
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
optimizer.step()
if(j%50000 == 0):
print(loss.item())
y_pred = model(x_train)
plt.plot(x_train.data.numpy()[:, 0], y_pred.data.numpy(), label='fitting curve', color=color[i])
plt.plot(w, r, label='real curve', color='orange')

打印模型参数

param = list(model.parameters())
print(param)
[Parameter containing:
tensor([1591.8446], requires_grad=True), Parameter containing:
tensor([-33.6434], requires_grad=True)]

通过交叉验证,使用0.20485的学习率学习50000轮后,最终模型为\(r=1591.84w^{-\frac{1}{4}}-33.64​\),均方误差为304.288

动物 实际心率 预测心率 偏差
田鼠 670 680 +10
家鼠 420 390 -30
205 204 -1
小狗 120 155 +35
大狗 85 87 +2
70 72 +2
72 63 -9
38 27 -11

Pytoch机器学习乱玩(一):数学建模作业,体重与心率的更多相关文章

  1. BITED数学建模七日谈之七:临近比赛时的准备工作

    经过前面六天的文章分享,相信大家对数学模型的相关准备.学习都有了更新的认识,希望大家能从中有所收获,以便更高效地准备比赛和学习数学模型,本文是数学建模经验谈的最后一天:临近比赛的准备工作,希望在临近比 ...

  2. 2019年美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM) E题解题思路

    这也许是我大学生涯最后一次参加数学建模比赛了吧,这次我们选择的问题是E题,以下是我们解题时候的一些思路.很多不易体现的项目产生对环境造成影响的指标可以由一些等同类型的指标来代替,如土地.森林植被被破环 ...

  3. “GANs”与“ODEs”:数学建模的终结?

    在本文中,我想将经典数学建模和机器学习之间建立联系,它们以完全不同的方式模拟身边的对象和过程.虽然数学家基于他们的专业知识和对世界的理解来创建模型,而机器学习算法以某种隐蔽的不完全理解的方式描述世界, ...

  4. Python小白的数学建模课-15.图论基本概念

    图论中所说的图,不是图形图像或地图,而是指由顶点和边所构成的图形结构. 图论不仅与拓扑学.计算机数据结构和算法密切相关,而且正在成为机器学习的关键技术. 本系列结合数学建模的应用需求,来介绍 Netw ...

  5. python 版 mldivide matlab 反除(左除)《数学建模算法与程序》Python笔记

    今天在阅读数学建模的时候看到了差分那章 其中有一个用matlab求线性的代码,这里我贴出来 这里我送上 Python代码 In [39]: import numpy as np ...: from s ...

  6. 在数学建模中学MATLAB

    为期三周的数学建模国赛培训昨天正式结束了,还是有一定的收获的,尤其是在MATLAB的使用上. 1. 一些MATLAB的基础性东西: 元胞数组的使用:http://blog.csdn.net/z1137 ...

  7. BITED数学建模七日谈之六:组队建议和比赛流程建议

    今天进入数学建模经验谈第六天:组队建议和比赛流程建议 数学模型的组队非常重要,三个人的团队一定要有分工明确而且互有合作,三个人都有其各自的特长,这样在某方面的问题的处理上才会保持高效率. 三个人的分工 ...

  8. BITED数学建模七日谈之五:怎样问数学模型问题

    下面进入数学建模经验谈第五天:怎样问数学模型问题 写这一篇的目的主要在于帮助大家能更快地发现问题和解决问题,让自己的模型思路有一个比较好的形成过程. 在我们学习数学模型.准备比赛的时候,经常会遇到各种 ...

  9. BITED数学建模七日谈之四:数学模型分类浅谈

    本文进入到数学建模七日谈第四天:数学模型分类浅谈 大家常常问道,数学模型到底有哪些,分别该怎么学习,这样能让我们的学习有的放矢,而不至于没了方向.我想告诉大家,现实生活中的问题有哪些类,数学模型就有哪 ...

随机推荐

  1. Spring项目使用Junit4测试配置

    我们经常要写junit测试,在不启动整个web项目的情况下,测试自己的service实现或者是dao实现,我们来充分利用下junit4的强大功能. 1.junit4的测试类 import java.u ...

  2. MongoDB分组查询,聚合查询,以及复杂查询

    准备数据 from pymongo import MongoClient import datetime client=MongoClient('mongodb://localhost:27017') ...

  3. WebApi系列(从.Net FrameWork 到 .Net Core)

    一. 简介  1. 什么是WebApi? WebApi是一个很广泛的概念,在这里我们特指.Net平台下的Asp.Net WebApi框架,它是针对各种客户端(浏览器.APP等)来构建Http服务的一个 ...

  4. checkbox 实现互斥选择

    // mutex 互斥 checkbox 互斥/** 互斥的原理.找到需要互斥的所有的元素.赋值 checked=false; 然后单独赋值 checked=true* */var mutexbox ...

  5. 074、如何安装和配置Rex-Ray?(2019-04-19 周五)

    参考https://www.cnblogs.com/CloudMan6/p/7607705.html   Rax-Ray 是一个优秀的Docker volume driver ,本节将学习其安装和配置 ...

  6. 前端自动提示功能插件-typeahead

    typeahead https://npm.taobao.org/package/npm-typeahead A lightweight web-app that implements typeahe ...

  7. Learn Node.js

    Learn Node.js Node: 脱离浏览器运行的JS,运行在服务端 基于Chrome浏览器的V8引擎,使用V8虚拟机解析和执行JS代码 创建简单的服务器: 创建一个server.js的文件 $ ...

  8. 20164305 徐广皓 Exp2 后门原理与实践

    实验内容 (1)使用netcat获取主机操作Shell,cron启动 (2)使用socat获取主机操作Shell, 任务计划启动 (3)使用MSF meterpreter(或其他软件)生成可执行文件, ...

  9. Navicat连接阿里云服务器Linux下的Mysql

    用Navicat连接阿里云ECS服务器上的MySQL数据库   今天用navtive连接阿里云服务器(Linux)的数据库时,老是连接不上,并且报10060错误,要通过以下两个步骤解决: 1.先进入l ...

  10. android 应用程序记录AAR

    @note:接着读赵波的<android NFC开发实例详解>,单独列出这篇文章一是因为上一篇笔记太长了,网页编辑器不太方便编写,二是这部分的知识是android开发中的知识,以后也许会深 ...