news 2026/2/24 21:12:15

Matlab使用LSTM或BiLSTM对一维信号(语音信号、心电信号等)进行二分类源程序。 也...

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张小明

前端开发工程师

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Matlab使用LSTM或BiLSTM对一维信号(语音信号、心电信号等)进行二分类源程序。 也...

Matlab使用LSTM或BiLSTM对一维信号(语音信号、心电信号等)进行二分类源程序。 也可以改成多分类。 包含数据和代码,数据可以直接替换为自己的数据。 如果用BiLSTM,程序中只需要把lstmlayer改为bilstmlayer即为BiLSTM网络,其他地方不需要任何改动。 注释详细,包教会和运行,后续有问题会积极解答。 工作如下: 1、加载数据集,一共为400个样本(正常200异常200);选80%做为训练集(共320样本,160正常160异常),剩余20%作为测试集(共80样本,40正常40异常)。 2、构建LSTM网络,层数为两层。 3、构建优化器options。 4、训练。 5、测试,计算准确率,绘制混淆矩阵。 注:考虑到Matlab用LSTM分类一维信号的教程较少,此程序只用做帮助学习如何调整输入数据格式和LSTM网络构建等,使用的样本量较少且样本容易区分,换成自己的数据时可能需要调整网络的参数来得到最佳结果。

最近在折腾Matlab的LSTM分类任务,发现网上关于一维信号处理的实战案例确实不多。今天咱们直接上硬菜,手把手教你用语音/心电这种单通道信号玩二分类(改改标签就能多分类)。先看效果:实测这个demo在简单数据集上能达到95%+准确率,重点是把数据预处理和网络结构的坑都踩平了。

先看数据准备部分。假设你的数据是400个.mat文件(正常200+异常200),每个文件存着1×N的时序信号。咱们用这个骚操作批量加载:

% 暴力加载数据 dataDir = '你的数据文件夹'; fileList = dir(fullfile(dataDir, '*.mat')); allSignals = cell(1,400); labels = categorical([]); for i = 1:length(fileList) load(fullfile(dataDir, fileList(i).name), 'signal'); allSignals{i} = signal; % 假设文件名包含类别,比如normal_001.mat labels(i) = contains(fileList(i).name, 'normal') ? 'normal' : 'abnormal'; end

关键来了!LSTM需要的输入格式是numFeatures×numTimeSteps×numObs,但一维信号每个样本长度可能不同。这时候需要做填充(pad)或者截断。建议先统一长度:

% 统一信号长度到1000点(根据自己数据调整) maxLen = 1000; for i=1:400 if length(allSignals{i}) < maxLen allSignals{i} = [allSignals{i} zeros(1,maxLen-length(allSignals{i}))]; else allSignals{i} = allSignals{i}(1:maxLen); end end X = cat(3, allSignals{:}); % 变成1×1000×400

网络结构是灵魂,两层LSTM这么搭:

numFeatures = 1; % 一维信号 numHiddenUnits = 100; % 玄学参数,自己调 layers = [... sequenceInputLayer(numFeatures) lstmLayer(numHiddenUnits, 'OutputMode','sequence') dropoutLayer(0.5) % 防过拟合大法 lstmLayer(numHiddenUnits, 'OutputMode','last') fullyConnectedLayer(2) % 二分类输出 softmaxLayer classificationLayer];

想换BiLSTM?直接把第一个lstmLayer换成bilstmLayer,其他纹丝不动。这就是Matlab的香处~

训练参数设置直接影响收敛速度:

options = trainingOptions('adam', ... 'MaxEpochs',30, ... 'MiniBatchSize',32, ... 'Shuffle','every-epoch', ... 'ValidationData',{XVal, YVal}, ... 'Plots','training-progress', 'Verbose',false); % 关掉话痨模式

重点说下数据划分的坑!直接随机分会导致某些异常样本全在测试集。必须用分层抽样:

cv = cvpartition(labels, 'HoldOut', 0.2); XTrain = X(:,:,cv.training); XTest = X(:,:,cv.test);

训练完别急着收工,上混淆矩阵看看细节:

[YPred, scores] = classify(net, XTest); plotconfusion(YTest, YPred) title(['Accuracy: ',num2str(mean(YPred==YTest)*100),'%'])

常见翻车现场:

  1. 报错"输入维度不对" → 检查X是不是1×时间步×样本数
  2. 准确率卡在50% → 可能没打乱数据,正常/异常样本顺序排列
  3. 训练loss震荡 → 尝试减小学习率,加BN层

最后说句实在话:这个demo的参数(像隐藏单元数、dropout率)在你自己数据上肯定得调。比如心电信号可能需要更大的窗口,语音信号可能需要加MFCC特征。记住,没有万能参数,只有最适合你数据的参数。

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