Long-term forecasting involves predicting a horizon that is far ahead of the last observation. It is a problem of high practical relevance, for instance for companies in order to decide upon expensive long-term investments. Despite the recent progress and success of Gaussian processes (GPs) based on spectral mixture kernels, long-term forecasting remains a challenging problem for these kernels because they decay exponentially at large horizons. This is mainly due to their use of a mixture of Gaussians to model spectral densities. Characteristics of the signal important for long-term forecasting can be unravelled by investigating the distribution of the Fourier coefficients of (the training part of) the signal, which is non-smooth, heavy-tailed, sparse, and skewed. The heavy tail and skewness characteristics of such distributions in the spectral domain allow to capture long-range covariance of the signal in the time domain. Motivated by these observations, we propose to model spectral densities using a skewed Laplace spectral mixture (SLSM) due to the skewness of its peaks, sparsity, non-smoothness, and heavy tail characteristics. By applying the inverse Fourier Transform to this spectral density we obtain a new GP kernel for long-term forecasting. In addition, we adapt the lottery ticket method, originally developed to prune weights of a neural network, to GPs in order to automatically select the number of kernel components. Results of extensive experiments, including a multivariate time series, show the beneficial effect of the proposed SLSM kernel for long-term extrapolation and robustness to the choice of the number of mixture components.


翻译:长期预测涉及预测远比上次观测远远的地平线。 这是一个具有高度实际相关性的问题,例如,对于公司来说,这是一个要决定昂贵的长期投资的高度实用性的问题。尽管基于光谱混合内核的Gossian进程(GP)最近取得了进步和成功,但长期预测对这些内核来说仍然是一个具有挑战性的问题,因为这些内核在大地平线上急剧衰减。这主要是因为它们使用高斯人混合来模拟光谱密度。对于长期预测十分重要的信号的特性,可以通过调查该信号(培训部分)的Fourier数值(培训部分)的自动计算而解析。尽管Gossian进程(GP)最近以光谱混合内核内核为根据,长期预测对于这些内核的远距离变异异性,我们提议使用变色光光光谱混合物(SLSISSM)的特性,对于长期变异性变异性变异性变异性变异性,我们提议用变异性的光谱混合物(SLSISM)的特性可以解变异性变异性变异性。

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