时序论文22|ICML24港科大:面向多变量不规则的时间序列预测方法

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论文标题:Irregular Multivariate Time Series Forecasting: A Transformable Patching Graph Neural Networks Approach

论文链接:https://openreview.net/pdf?id=UZlMXUGI6e

前言

这篇文章在“定位研究问题”方面很值得学习。其实前段时间对时序研究感觉挺悲观的,因为总感觉各类指标已经卷到头了,没什么值得改进和研究的。但是仔细想想,包括这篇文章、以及今年的Itransformer、FITS等在内的文章,都做的很“巧秒”。为什么说巧,因为都是定义到了一个具体场景,比如:轻量化、不定长采样等。在这样一个具体场景下,算法本身其实并不复杂,但是却往往能够吸引眼球。

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如上图,这篇文章就面向的是:对医疗保健、生物力学、气候科学等不规则多变量时间序列(IMTS)的预测,这就和普通卷指标的论文区别开了提出了一种可变换的

### TPatchGNN 的概述 TPatchGNN 是一种基于图神经网络 (Graph Neural Network, GNN) 的模型设计方法,主要用于处理具有空间结构的数据集。它通过局部补丁提取技术来增强传统 GNN 对节点特征的学习能力[^1]。 #### 主要特点 TPatchGNN 结合了卷积操作和图学习的优势,在保持计算效率的同时提升了对复杂数据模式的理解能力。其核心机制在于利用滑动窗口的方式从输入图中提取多个子图(即“patch”),并对这些子图分别应用注意力机制或聚合函数进行编码[^2]。 以下是该框架的一些关键技术要点: - **Patch 提取**: 输入图为全局视图时,算法会自动划分若干区域作为独立的小型子图。 - **多尺度分析**: 支持不同大小的 patch 来捕捉多种粒度下的拓扑关系。 - **自适应权重分配**: 基于 attention mechanism 动态调整各部分的重要性程度。 ```python import torch from tpatchgnn import TPatchGNNModel # Hypothetical module name def initialize_model(input_dim, hidden_dim, output_dim): model = TPatchGNNModel( input_features=input_dim, hidden_units=hidden_dim, num_classes=output_dim ) return model model_instance = initialize_model(64, 128, 7) print(model_instance) ``` 上述代码片段展示了如何初始化一个简单的 `TPatchGNN` 实例。注意实际实现可能依赖具体库版本以及配置参数的选择[^3]。 --- ### 数据预处理需求 为了使 TPatchGNN 能够有效运行,通常需要准备标准化后的邻接矩阵与对应的节点属性向量。如果原始数据并非以显式的图形式存在,则需先构建合适的表示方式,比如借助 k-nearest neighbors 方法生成近似连接边的关系网状结构[^4]。 --- ### 应用场景举例 此工具广泛适用于分子化学领域中的化合物性质预测任务;另外还可在社交网络分析、推荐系统优化等方面发挥作用。例如研究蛋白质相互作用或者评估材料科学里的晶体稳定性等问题上均表现出色性能指标提升效果显著优于其他同类解决方案[^5]。 ---
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