深度學習與交通大數據實戰

本書通過基礎理論和算法實戰相結合，循序漸進地介紹了深度學習與交通大數據領域內的電腦基礎知識案例和應用實戰案例，並通過PyTorch框架實現所有深度學習算法及案例應用。全書共8章，分別介紹了Python基礎知識、PyTorch基礎知識、深度學習基礎模型，以及基於深度學習的軌道交通刷卡數據、共享自行車軌跡數據、出租車軌跡數據、私家車軌跡數據、空中交通運行數據五個案例實戰。 本書主要面向廣大從事交通大數據分析、機器學習或深度學習的專業人員，從事高等教育的專任教師，高等學校的在讀學生及相關領域的廣大科研人員。

目錄

第1章Python基礎知識簡介

1.1Python數據類型

1.1.1列表

1.1.2元組

1.1.3字符串

1.1.4字典

1.2Python三大語句

1.2.1順序語句

1.2.2條件語句

1.2.3循環語句

1.2.4列表推導式

1.3Python的函數、類和對象

1.3.1函數

1.3.2類和對象

1.4Python的文件讀取和寫入

1.4.1Python內置讀取寫入方式

1.4.2NumPy讀取和寫入

1.4.3Pandas讀取和寫入

1.5Python數組包——NumPy

1.5.1NumPy簡介

1.5.2ndarray及其基本操作

1.6Python數據分析包——Pandas

1.6.1Pandas簡介

1.6.2Series、DataFrame及其基本操作

1.6.3Pandas和NumPy的異同

1.6.4使用Pandas和NumPy實現數據的獲取

1.7Python科學計算包——SciPy

1.7.1SciPy簡介

1.7.2擬合與優化模塊

1.7.3線性代數模塊

1.7.4統計模塊

1.8Python機器學習包——ScikitLearn

1.8.1ScikitLearn簡介

1.8.2SVM分類

1.8.3隨機森林回歸

1.8.4Kmeans聚類

1.9Python可視化包——Matplotlib

1.9.1Matplotlib簡介

1.9.2Matplotlib繪圖

第2章PyTorch基礎知識簡介

2.1張量模塊

2.1.1張量的數據類型

2.1.2張量的基本操作

2.1.3張量與NumPy數組

2.1.4Cuda張量與CPU張量

2.2數據模塊

2.2.1Dataset簡介及用法

2.2.2DataLoader簡介及用法

2.3網絡模塊

2.3.1torch.nn函數簡介

2.3.2torch.nn.Module構建類

2.3.3類的使用

2.4激活函數模塊

2.4.1Sigmoid函數

2.4.2Tanh函數

2.4.3ReLU函數

2.4.4LeakyReLU函數

2.5優化器模塊

2.5.1Optimizer的使用

2.5.2常見優化器簡介

2.6訓練和測試模塊

2.6.1model.train()和model.eval()函數簡介

2.6.2模型訓練和測試框架簡介

2.7模型保存與重載模塊

2.7.1保存與重載模塊

2.7.2EarlyStopping

2.8可視化模塊

2.8.1TensorBoard簡介

2.8.2模型計算圖的保存

2.8.3損失函數等常量的保存

第3章深度學習基礎模型簡介

3.1反向傳播算法

3.1.1反向傳播算法簡介

3.1.2NumPy實現反向傳播算法

3.2循環神經網絡

3.2.1循環神經網絡簡介

3.2.2LSTM簡介

3.2.3PyTorch實現LSTM時間序列預測

3.3捲積神經網絡

3.3.1捲積神經網絡簡介

3.3.2一維和二維捲積神經網絡

3.3.3PyTorch實現一維捲積神經網絡時間序列預測

3.3.4PyTorch實現二維捲積神經網絡手寫數字識別

3.4圖捲積神經網絡

3.4.1圖捲積神經網絡簡介

3.4.2NumPy實現圖捲積神經網絡

3.4.3PyTorch實現圖捲積神經網絡時間序列預測

第4章基於深度學習的軌道交通刷卡數據案例實戰

4.1研究背景

4.2研究現狀

4.2.1城市軌道交通短時客流預測

4.2.2基於電腦視覺的站內人、物、景檢測識別

4.2.3基於強化學習的運營優化和控制

4.3數據獲取手段及開源數據集簡介

4.4數據預處理

4.5基於PyTorch的軌道交通刷卡數據建模

4.5.1問題陳述及模型框架

4.5.2數據準備

4.5.3模型構建

4.5.4模型終止及評價

4.5.5模型訓練及測試

4.5.6結果展示

4.6本章小結

第5章基於深度學習的共享自行車軌跡數據案例實戰

5.1研究背景

5.2研究現狀

5.2.1共享自行車出入流預測研究

5.2.2共享自行車調度優化研究

5.3數據獲取手段及開源數據集簡介

5.4數據預處理及可視化

5.5基於PyTorch的共享自行車數據建模

5.5.1問題陳述及模型框架

5.5.2數據準備

5.5.3模型構建

5.5.4模型訓練及測試

5.5.5結果展示

5.6本章小結

第6章基於深度學習的出租車軌跡數據案例實戰

6.1研究背景

6.2研究現狀

6.2.1基於深度學習的短時流量/載客需求/OD需求預測

6.2.2基於深度學習的軌跡出行時間估計

6.2.3基於深度強化學習的出租車派單優化

6.3數據獲取手段及開源數據集簡介

6.4數據預處理

6.5基於PyTorch的出租車軌跡數據建模

6.5.1問題陳述及模型框架

6.5.2數據準備

6.5.3模型構建

6.5.4模型訓練及測試

6.5.5結果展示

6.6本章小結

第7章基於深度學習的私家車軌跡數據案例實戰

7.1研究背景

7.2研究現狀

7.2.1軌跡預處理

7.2.2出行模式分析

7.2.3時空流量預測

7.2.4軌跡預測

7.2.5社交關系推斷

7.3數據獲取手段及開源數據集簡介

7.4數據預處理

7.5基於PyTorch的私家車軌跡數據建模

7.5.1問題陳述及模型框架

7.5.2數據準備

7.5.3數據建模

7.5.4模型訓練及結果展示

7.6本章小結

第8章基於深度學習的空中交通運行數據案例實戰

8.1研究背景

8.2研究現狀

8.2.1基於深度學習的空中交通流量預測

8.2.2基於深度學習的四維航跡預測

8.2.3基於機器學習的空中交通復雜性評估

8.2.4基於強化學習的空中交通優化控制

8.3數據獲取手段及開源數據集簡介

8.4數據預處理

8.5基於PyTorch的空中交通數據建模

8.5.1問題描述及模型框架

8.5.2數據準備

8.5.3模型構建

8.5.4模型訓練、測試及評價

8.5.5結果展示

8.6本章小結

參考文獻