论文

TimeSqueeze:面向高效时间序列预测的动态分块

TimeSqueeze: Dynamic Patching for Efficient Time Series Forecasting

模型架构混合架构

摘要

基于Transformer的时间序列基础模型在分词(tokenization)方式的选择上面临一个根本性权衡:逐点嵌入(point-wise embeddings)能保持时间保真度,但随序列长度增加扩展性很差;而固定长度分块(fixed-length patching)通过施加统一边界提升了效率,却可能破坏自然的过渡并模糊有信息量的局部动态。为解决这些局限,我们提出TimeSqueeze,一种动态分块机制,它基于局部信号复杂度在每个序列内自适应地选择分块边界。TimeSqueeze首先应用一个轻量级状态空间编码器提取全分辨率的逐点特征,然后进行内容感知的分割,为信息密集区域分配短分块,为平滑或冗余片段分配长分块。这种可变分辨率压缩在保留关键时间结构的同时,大幅减少了呈现给Transformer骨干网络的token序列。特别是在大规模预训练中,与等价的逐点token基线相比,TimeSqueeze获得了最高20倍的更快收敛和8倍的数据效率提升。在多个长时程预测基准上的实验表明,TimeSqueeze持续优于使用逐点分词或固定大小分块的同类架构。

TimeSqueeze:面向高效时间序列预测的动态分块:论文配图
图 1:TimeSqueeze 预测模型的架构概述。 SSM 编码器首先以全分辨率处理原始序列,以提取细粒度特征。然后,动态修补自适应地压缩序列,选择特征的显着子集。 Transformer 主干对下采样的特征执行上下文建模,而解补丁模块将信号上采样到原始分辨率,同时保留因果关系。最后,SSM 解码器结合了压缩和细粒度的特征,将混合特征传递到多水平头,从而在不牺牲时间保真度的情况下提高效率。