A decoder-only foundation model for time-series forecasting

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本文提出了一种仅解码器的基础模型PreDcT,用于时间序列预测。该模型在大规模时间序列语料库上预训练,表现出接近最佳监督模型的开箱即用性能,并能在各种预测任务中取得出色效果。

本文是LLM系列文章,针对《A decoder-only foundation model for time-series forecasting》的翻译。

摘要

受自然语言处理(NLP)大型语言模型最新进展的启发,我们设计了一个用于预测的时间序列基础模型,该模型在各种公共数据集上的开箱即用零镜头性能接近于每个单独数据集的最先进监督预测模型的准确性。我们的模型基于在大型时间序列语料库上预训练补丁解码器风格的注意力模型,可以在不同的预测历史长度、预测长度和时间粒度上很好地工作。

1 引言

2 相关工作

3 问题定义

4 模型结构

5 实验结果

6 讨论和未来工作

我们使用大约1B个时间点的大型预训练语料库来训练用于时间序列预测的仅解码器基础模型,其中大部分是从谷歌趋势中导出的搜索兴趣时间序列。我们表明,即使是使用我们的PreDcT架构的相对较小的225M参数预训练模型,在不同领域和粒度的各种公共基准上也显示出令人印象深刻的零样本性能。PreDcT(ZS)模型可以与最近在目标数据集上专门训练的最先进的监督基线的性能相媲美。这是显著的,因为PreDcT(ZS)模型在推理之前没有看到目标数据集。
在未来的工作中,在预训练数据和模型中的参数数量中突破规模边界将是一件有趣的事情。按照[HBM+22]的思路对时间序列基础模型进行缩放研究将

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### 解码器架构在深度学习中的应用 解码器架构作为深度神经网络的一部分,在特定应用场景下展现出独特的优势。不同于传统的编码器-解码器框架,仅解码器架构专注于序列生成任务,尤其适用于那些不需要复杂上下文理解的任务。 #### 序列建模与生成能力 仅解码器模型通过自回归方式逐个预测下一个token,这使得该类模型特别适合于自然语言处理领域内的文本生成任务[^3]。例如,《A Decoder-Only Foundation Model For Time-Series Forecasting》探讨了如何构建基于纯解码器的时间序列预测基础模型,证明了解码器不仅限于NLP场景,在其他连续型数据集上的潜力也不可忽视。 #### 参数高效性 相较于完整的编解码结构,单独使用的解码器通常拥有更少的参数量,这意味着更低的记忆消耗以及更快的速度表现。对于资源受限环境下的部署尤为有利。然而值得注意的是,这种简化可能会牺牲掉部分跨模态信息交互的能力,所以在实际项目规划阶段需权衡利弊[^1]。 ```python import torch.nn as nn class OnlyDecoder(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, d_model, nhead, num_decoder_layers, dim_feedforward, dropout=0.1): super(OnlyDecoder, self).__init__() decoder_layer = nn.TransformerDecoderLayer(d_model=d_model, nhead=nhead, dim_feedforward=dim_feedforward, dropout=dropout) self.decoder = nn.TransformerDecoder(decoder_layer, num_decoder_layers) def forward(self, tgt, memory=None): # 对于decoder-only model来说memory可以为空或不使用 output = self.decoder(tgt=tgt, memory=memory if memory is not None else tgt) return output ``` 此代码片段展示了一个简单的PyTorch实现版本的只含解码器模块的Transformer架构实例。这里`memory`参数的存在是为了兼容标准的transformer接口;但在纯粹的解码过程中它可能不会被真正利用起来。
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