Deep learning-based algorithms, e.g., convolutional networks, have significantly facilitated multivariate time series classification (MTSC) task. Nevertheless, they suffer from the limitation in modeling long-range dependence due to the nature of convolution operations. Recent advancements have shown the potential of transformers to capture long-range dependence. However, it would incur severe issues, such as fixed scale representations, temporal-invariant and quadratic time complexity, with transformers directly applicable to the MTSC task because of the distinct properties of time series data. To tackle these issues, we propose FormerTime, an hierarchical representation model for improving the classification capacity for the MTSC task. In the proposed FormerTime, we employ a hierarchical network architecture to perform multi-scale feature maps. Besides, a novel transformer encoder is further designed, in which an efficient temporal reduction attention layer and a well-informed contextual positional encoding generating strategy are developed. To sum up, FormerTime exhibits three aspects of merits: (1) learning hierarchical multi-scale representations from time series data, (2) inheriting the strength of both transformers and convolutional networks, and (3) tacking the efficiency challenges incurred by the self-attention mechanism. Extensive experiments performed on $10$ publicly available datasets from UEA archive verify the superiorities of the FormerTime compared to previous competitive baselines.


翻译:深层学习算法,例如,共变网络,大大促进了多变时间序列的分类任务,然而,由于共变行动的性质,在模拟长程依赖性方面,它们受到长程依赖性模型的局限;最近的进展表明变压器具有捕捉长程依赖性的潜力;然而,它将产生严重问题,例如固定比例表、时间变化性和四面形时间复杂性,变压器由于时间序列数据的特性不同而直接适用于MTC任务。为了解决这些问题,我们提议了前时代,一个用于提高MTC任务分类能力的等级代表模型。在拟议的前时代,我们使用一个等级网络结构来进行多级地貌图。此外,还进一步设计了一个新的变压器编码器,在这种结构中,开发了高效的减时分关注层和知情的背景定位编码生成战略。简而言之,前时序展览的三个优点是:(1) 从时间序列数据中学习等级的多级代表,(2) 继承变压器和变压网络的实力,以及(3) 将现有的高档网络的实力和高档前时代的标准化的标准化的自我测试,对前时代的标准化的标准化的自我测试,对前时代的标准化的标准化的标准化的自我测试,进行了比较。

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