论文笔记：A Time Series is Worth 64 Words: Long-term Forecasting with Transformers

Posted 2023-03-07 UQI-LIUWJ

ICLR 2023

比较简单，就不分intro、model这些了

1 核心思想1：patching

• 给定每个时间段的长度、划分的stride，将时间序列分成若干个时间段
  • 时间段之间可以有重叠，也可以没有
  • 每一个时间段视为一个token

1.1 使用patching的好处

• 降低复杂度
  • Attention 的复杂度是和 token 数量成二次方关系。
  • 如果每一个 patch 代表一个 token，而不是每一个时间点代表一个 token，这显然降低了 token 的数量
• 保持时间序列的局部性
  • 时间序列具有很强的局部性，相邻的时刻值很接近，以一个 patch 为 Attention 计算的最小单位显然更合理
• 方便之后的自监督表示学习
  • 即 Mask 随机 patch 后重建
• 减少预测头的参数量
  • L是输入序列长度，M 是序列个数， T是预测序列长度,D是维度，N是patch数量
  • 论文中的说法是，不分patch的话，Linear Head的大小是LD×MT
    • 这里我觉得有点问题，不分patch的话，输入M*L，经过position embedding+project之后是M*LD，经过Transformer Encoder之后是M*LD，输出是M*T，那么Linear Head的大小应该是LD × T
  • 分patch的话LinearHead的大小是ND × T
    • 但不管我理解的对于否，分patch的话Linear Head的大小肯定是小

2 核心思想2：channel-independence

 

• 很多基于Transformer的模型采用了 channel-mixing 的方式
  • 指的是，对于多元时间序列，直接将时间序列的所有维度形成的向量投影到嵌入空间以混合多个通道的信息。
• Channel-independence 意味着每个输入 token 只包含来自单个通道的信息。
  • 这篇采用了的是Channel-independence 
    • 将多元时间序列（维度为 M）中每一维单独进行处理
      • 即将每一维分别输入到 Transformer Backbone 中
    • 将所得预测结果再沿维度方向拼接起来。
    • 这相当于将不同维度视为独立的，但 embedding 和 Transformer 的权重在各个维度是共享的。

3 自监督表示学习

• 论文说明了分 patch 对 mask 重建来进行自监督学习的好处：mask 一个时间点的话，直接根据相邻点插值就可以重建，这就完全没必要学习了，而 mask 一个 patch 来重建的话则更有意义更有难度。

 4 实验