茶叶会所包厢广告语

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茶叶会所包厢的优势

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茶叶会所包厢

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结论

茶叶会所包厢是一个非常受欢迎的场所,因为它能够为客户提供更加私密和舒适的环境,以及更加专业和深入的茶叶知识和服务。如果您想体验最好的茶叶文化和最高端的服务,欢迎来我们的茶叶会所包厢,我们将为您提供最好的服务。

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新(xin)智(zhi)元(yuan)報(bao)道(dao)

編(bian)輯(ji):LRS 好(hao)困(kun)

【新智元導(dao)讀(du)】时間(jian)序列(lie)分析在(zai)現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)非(fei)常(chang)廣(guang)泛(fan),覆(fu)蓋(gai)氣(qi)象(xiang)、工(gong)業(ye)、醫(yi)療(liao)等(deng)眾(zhong)多(duo)领域(yu)。近(jin)期(qi),清华大(da)學(xue)軟(ruan)件(jian)学院(yuan)機(ji)器(qi)学習(xi)实驗(yan)室(shi)提出了(le)时序基(ji)礎(chu)模(mo)型(xing)TimesNet,在長(chang)时、短(duan)时预测、缺(que)失(shi)值(zhi)填补、異(yi)常检测、分类五大任(ren)務(wu)上(shang)实现了全面领先。

实现任务通(tong)用是(shi)深(shen)度(du)学习基础模型研(yan)究(jiu)的核(he)心(xin)問(wen)題(ti),也(ye)是近期大模型方(fang)向(xiang)的主(zhu)要(yao)關(guan)註(zhu)點(dian)之(zhi)壹(yi)。

然(ran)而(er),在时间序列领域,各(ge)类分析任务的差(cha)別(bie)較(jiao)大,既(ji)有(you)需(xu)要細(xi)粒(li)度建(jian)模的预测任务,也有需要提取(qu)高(gao)層(ceng)語(yu)義(yi)信(xin)息(xi)的分类任务。如(ru)何(he)構(gou)建統(tong)一的深度基础模型高效(xiao)地(di)完(wan)成(cheng)各类时序分析任务,此(ci)前(qian)尚(shang)未(wei)有成型方案(an)。

為(wei)此,來(lai)自(zi)清华大学软件学院的團(tuan)隊(dui)圍(wei)繞(rao)时序變(bian)化(hua)建模這(zhe)一基本(ben)问题展(zhan)開(kai)研究,提出了任务通用的时序基础模型TimesNet,論(lun)文(wen)被(bei)ICLR 2023接(jie)收(shou)。

作(zuo)者(zhe)列表(biao):吳(wu)海(hai)旭(xu)*,胡(hu)騰(teng)戈(ge)*,劉(liu)雍(yong)*,周(zhou)航(hang),王(wang)建民(min),龍(long)明(ming)盛(sheng)

鏈(lian)接:https://openreview.net/pdf?id=ju_Uqw384Oq

代(dai)碼(ma):https://github.com/thuml/TimesNet

时序算(suan)法(fa)庫(ku):https://github.com/thuml/Time-Series-Library

TimesNet在长时、短时预测、缺失值填补、异常检测、分类五大任务上实现了全面领先。

1 问题分析

不(bu)同(tong)於(yu)自然语言(yan)、視(shi)頻(pin)等序列數(shu)據(ju),时间序列中單(dan)個(ge)时刻(ke)僅(jin)保(bao)存(cun)了一些(xie)標(biao)量(liang),其(qi)关鍵(jian)信息更(geng)多地被蘊(yun)含(han)在时序变化(Temporal Variation)中。

因(yin)此,建模时序变化是各类时序分析任务共(gong)同的核心问题。

近年(nian)来,各类深度模型被广泛用于时序分析任务中,例(li)如循(xun)環(huan)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)(RNN)、时序卷(juan)積(ji)网络(TCN)和(he)变換(huan)器网络(Transformer)。

然而,前兩(liang)类方法主要关注捕(bu)捉(zhuo)臨(lin)近时刻之间的变化,在长期依(yi)賴(lai)上建模能(neng)力(li)不足(zu)。

Transformer雖(sui)然在建模长期依赖上具(ju)有天(tian)然優(you)勢(shi),但(dan)是由(you)于现实世界的时序变化極(ji)其復(fu)雜(za),仅仅依靠(kao)離(li)散(san)时间点之间的注意(yi)力(Attention)難(nan)以(yi)挖(wa)掘(jue)出可(ke)靠的时序依赖。

为此,本文從(cong)一个全新的多周期(Multi-periodicity)视角(jiao)對(dui)时序变化進(jin)行(xing)了分析,如下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。我(wo)們(men)觀(guan)察(cha)到(dao):

时间序列天然具有 多周期性(xing) 。

现实世界的时序数据往(wang)往是不同周期過(guo)程(cheng)的相(xiang)互(hu)疊(die)加(jia),例如交(jiao)通数据在短期內(nei)的以日(ri)为周期变化,而长期則(ze)以星(xing)期为周期变化。这些不同周期的数据互相叠加、互相幹(gan)擾(rao),給(gei)时间序列分析帶(dai)来了极大挑(tiao)战。

时间序列呈(cheng)现 周期内與(yu)周期间两種(zhong)时序变化 。

具體(ti)地,对于某(mou)一特(te)定(ding)周期的过程,每(mei)个时间点的变化既与临近时刻有关,也与临近周期的相似(si)过程高度相关。其中周期内变化对应著(zhu)(zhe)短期过程,周期间变化则可以反(fan)应連(lian)續(xu)周期间的长期趨(qu)势。注:如果(guo)时间序列沒(mei)有明顯(xian)周期性,则等價(jia)于周期無(wu)限(xian)长的情(qing)況(kuang)。

2 設(she)計(ji)思(si)路(lu)

基于以上两点观察,我们对TimesNet的結(jie)构作出了如下设计:

时间序列的 多周期性 自然地啟(qi)發(fa)了一个模塊(kuai)化(Modular)的设计思路,即(ji)一个模块捕捉由某一特定周期主导的时序变化。这种模块化的设计思路可以將(jiang)复杂的时间变化解(jie)耦(ou),从而有利(li)于後(hou)续建模。 对于时间序列的 周期内与周期间变化 ,本文創(chuang)新性地提出 将一維(wei)时序数据擴(kuo)展至(zhi)二(er)维空(kong)间 进行分析。如上图所示,将一维时间序列基于多个周期进行折(zhe)叠,可以得(de)到多个二维張(zhang)量(2D tensors),每个二维张量的列和行分别反应了周期内与周期间的时序变化,即得到了 二维时序变化(Temporal 2D-variations) 。

上图示例展示了将一维时序数据折叠至二维空间的可视化效果。此處(chu),Period方向反应周期内变化,而Frequency方向代表周期间变化。我们可以看(kan)出轉(zhuan)化至二维空间的时序数据具有明显的二维局(ju)部(bu)性(2D locality)。

因此,在折叠时序数据后,我们可以直(zhi)接采(cai)用先进的视覺(jiao)骨(gu)干网络对时序数据进行特征(zheng)提取,例如Swin Transformer、ResNeXt、ConvNeXt等。这种设计也使(shi)得时序分析任务可以直接受(shou)益(yi)于蓬(peng)勃(bo)发展的计算机视觉领域。

3 TimesNet

基于上述(shu)思路,我们提出了TimesNet模型,通过模块化结构将复杂时序变化分解至不同周期,並(bing)通过将原(yuan)始(shi)一维时间序列转化至二维空间实现了周期内与周期间变化的统一建模。

在这一節(jie)中,我们将先介(jie)紹(shao)将时序数据扩展至二维空间的方法,再(zai)介绍模型的整(zheng)体架(jia)构。

3.1 时序变化:1D->2D

时序折叠的流(liu)程如上图所示,主要分为以下两步(bu):

(1)周期提取

对于一个时间长度为、通道维度为的一维时间序列,可以由时间维度的快(kuai)速(su)傅(fu)立(li)葉(ye)变换(FFT)直接提取周期信息,即:

其中,代表了中每个频率(lv)分量的強(qiang)度,强度最(zui)大的个频率对应着最显著的个周期长度。

(2)序列折叠1D->2D

对于選(xuan)定的个周期,分别对原始的一维时间序列进行折叠,該(gai)过程可以形式(shi)化为:

其中,为在序列末(mo)尾(wei)补0,使得序列长度可以被整除(chu)。

通过上述操(cao)作,我们得到了一組(zu)二维张量,其中对应周期为的二维时序变化。

3.2 模型设计

TimesNet的整体架构如图所示:

整体上,TimesNet由堆(dui)叠的TimesBlock组成。輸(shu)入(ru)序列首(shou)先经过嵌(qian)入层得到深度特征。对于第(di)层TimesBlock,其输入为,输出为:

具体地,如下图所示,每个TimesBlock包(bao)含以下子(zi)过程:

(1)折叠时间序列(1D->2D):TimesBlock首先对输入的一维时序特征提取周期,再将之转换成为二维时序变化,即在上一节中涉(she)及(ji)的内容(rong):

(2)提取二维时序变化表征(2D Representation):如前分析,转换得到的二维时序变化具有2D局部性,因此可以直接使用2D卷积提取特征。此处,我们选用了经典(dian)的Inception模型,即:

值得注意的是,因为我们已(yi)经将1D时序特征转换至2D空间,所以我们還(hai)可以利用计算机视觉领域的許(xu)多前沿(yan)模型,例如ResNeXt、ConvNeXt以及基于Attention的Swin Transformer等等。这使得时间序列分析可以与视觉骨干网络協(xie)同并进。

(3)展开时间序列(2D->1D):为了后续多周期融(rong)合(he),我们将二维时序变化表征展开至一维度空间:

Trunc(?)表示将步驟(zhou)(1)中Padding(?)操作补充(chong)的0去(qu)除。

(4)自適(shi)应融合(1D Aggregation):为融合多周期信息,我们将提取到的二维时序表征进行加權(quan)求(qiu)和,选用的求和权重(zhong)即为步骤(1)中得到的对应频率强度:

通过将1D时间序列转化至2D空间的设计,TimesNet实现了「多个周期分别提取二维时序变化,再进行自适应融合」的时序变化建模过程。

4 实验

我们在长时预测、短时预测、缺失值填补、异常检测、分类五大任务上进行了实验,涵(han)盖36个数据集(ji)、81种不同的实验设置(zhi)。

同时,对比(bi)了19种不同的深度方法,包含最新的基于RNN、CNN、MLP、Transformer的模型,例如N-BEATS(2019),Autoformer(2021),LSSL(2022),N-Hits(2022),FEDformer(2022),Dlinear(2023)等。

4.1 總(zong)体结果

如开篇(pian)雷(lei)達(da)图所示,TimesNet在五項(xiang)任务上均(jun)达到了SOTA。

(1)长时预测:在此備(bei)受关注的任务上,TimesNet超(chao)过了先进的基于Transformer与MLP的模型。

(2)短时预测:此实验中使用的M4数据集包含6个不同采樣(yang)频率的子数据集,总共超过10萬(wan)條(tiao)数据。TimesNet在此复杂数据分布(bu)情况下依然取得了最优的效果,验證(zheng)了模型的时序变化建模能力。

(3)分类任务:在此任务上,TimesNet超过了经典的Rocket算法以及前沿深度学习模型Flowformer。

更多任务的对比請(qing)見(jian)论文。

4.2 视觉骨干网络的泛化性

我们将TimesNet中的Inception网络替(ti)换为不同的视觉骨干网络,例如ResNet,ConvNext,Swin Transformer等。

如下图所示,更先进的视觉骨干网络可以带来更优秀(xiu)的效果。这也意味(wei)着在TimesNet的框(kuang)架下,时间序列分析可以直接受益于视觉骨干网络领域的进展。

4.3 表征分析

为了进一步探(tan)索(suo)TimesNet的效果来源(yuan),我们展示了「模型底(di)层-頂(ding)层表征之间的CKA相似度」与「模型效果”之间的关系(xi)。其中,CKA相似度越(yue)低(di),代表模型底层-顶层之间的表征差异越大,即更加层次(ci)化的表征。

从上述可视化,我们可以观察到:

在预测与异常检测任务中,效果越好的模型往往底层-顶层的表征相似度越高 ,表明任务需要更加底层的表征(low-level representations); 在分类与缺失值填补任务中,效果越好的模型往往底层-顶层的表征相似度越低 ,表明该任务需要层次化表征(hierarchical representation),即更好的全局特征提取能力。

得益于2D空间中的卷积操作,TimesNet可以根(gen)据不同任务学习合适的表征,例如预测与异常检测任务中,学习到低层次表征;而分类与缺失值填补任务中,学习到层次化的抽(chou)象特征。这也进一步证明了TimesNet作为基础模型的任务泛化性。

同时,上述表征分析也为針(zhen)对專(zhuan)一任务的深度模型提供(gong)了设计思路,例如对于预测任务要关注底层细粒度特征的提取,对于填补任务则需要进一步兼(jian)顧(gu)全局表征的学习。

5 总结

受时间序列本質(zhi)的多周期屬(shu)性启发,本文提出了一个任务通用的时序分析基础模型——TimesNet。该模型创新性地将一维时间序列折叠至二维空间,并利用2D卷积取时序特征。这一创新使得时序分析任务可以直接受益于蓬勃发展的视觉骨干网络,对于后续研究具有良(liang)好的启发性。

同时,TimesNet在长时、短时预测、缺失值填补、异常检测、分类五大主流时序分析任务上实现了全面领先,具有优秀的应用价值。

參(can)考(kao)資(zi)料(liao):

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发布于:贵州铜仁思南县