一维与二维时间卷积网络深解(Temporal Convolutional Network,TCN)

Posted 2023-03-08 城天游哉

一、引言

        时间卷积网络 TCN 以 CNN 模型为基础，加入因果性，膨胀卷积与残差，使得网络训练得到大大增强。此网络中，需要满足如下两个条件即可符合因果卷积，实现膨胀卷积。
        1、padding = (kernel – 1) * dilation
        2、丢弃的神经元数 = padding

二、一维 TCN 模型 

1. 因果卷积

        当输入6个神经元时，dilation 为1，卷积核设为2，卷积后输出7个神经元，根据公式可以得出 padding=1，丢弃最后一列神经元，输入输出保持不变。这样以来就保持了因果性。

2. 膨胀卷积

         当输入6个神经元时，卷积核为2，dilation 设为2，进行膨胀卷积后输出8个神经元，根据公式可以得出 padding=2，丢弃最后两个神经元，输入输出保持不变。

 三、二维 TCN 模型 

1. 因果卷积

        卷积后，根据公式 padding=1，丢弃最后一行和最后一列。

 2. 膨胀卷积

        dilation=2，膨胀卷积后，根据公式 padding=2，丢弃最后两行和最后两列。

 四、总结

        TCN 中的残差与 ResNet 网络中的无异，结构非常简单，如图所示

        TCN训练时，需要具有良好的时间序列特性，一维数据比较容易处理，二维数据不好处理，故TCN比较适用于一维卷积，具有非常好的因果性，不过根据我处理的二维卷积，也能出现一些效果。最后如果你想使用二维卷积，就必须将二维数据处理的具有类似时间序列的特性。本文 TCN 二维卷积非常具有创造性，为本人所创，目前暂时不知道是否有其它类似的二维卷积版本。