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Dirichlet Graph Convolution Coupled Neural Differential Equation for Spatio-temporal Time Series Prediction

  • 09.10.2023
Erschienen in:

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Abstract

Der Artikel stellt eine Dirichlet Graph Convolution Coupled Neural Differential Equation (GCCNDE) zur räumlich-zeitlichen Zeitreihenvorhersage vor, die sich den Herausforderungen der Modellierung komplexer nichtlinearer dynamischer Systeme widmet. Es kombiniert grafische konvolutionale Netzwerke (GCN) mit neuronalen Differentialgleichungen (NDE), um sowohl räumliche als auch zeitliche Dynamik effektiv zu erfassen. Das GCCNDE-Modell nutzt Dirichlet-Energie, um eine Überglättung und Übertrennung in tiefen GCNs zu verhindern, was die Repräsentationsmacht des Modells erhöht. Darüber hinaus nutzt es Graphen-Aufmerksamkeitsnetzwerke (GAT), um die dynamischen Veränderungen in den Knoteninteraktionen adaptiv zu modellieren. Die vorgeschlagene Methode übertrifft andere hochmoderne Modelle bei der Vorhersage mittel- und langfristiger Zeitreihen und demonstriert ihre Überlegenheit durch umfangreiche Experimente mit realen Datensätzen. Der Artikel schließt mit der Hervorhebung des Potenzials der mechanistischen Modellierung im Deep Learning für besser interpretierbare und präzisere Vorhersagen in der multivariaten Zeitreihenanalyse.

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Titel
Dirichlet Graph Convolution Coupled Neural Differential Equation for Spatio-temporal Time Series Prediction
Verfasst von
Qipeng Wang
Min Han
Publikationsdatum
09.10.2023
Verlag
Springer US
Erschienen in
Neural Processing Letters / Ausgabe 9/2023
Print ISSN: 1370-4621
Elektronische ISSN: 1573-773X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11063-023-11423-w
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