While exogenous variables have a major impact on performance improvement in time series analysis, inter-series correlation and time dependence among them are rarely considered in the present continuous methods. The dynamical systems of multivariate time series could be modelled with complex unknown partial differential equations (PDEs) which play a prominent role in many disciplines of science and engineering. In this paper, we propose a continuous-time model for arbitrary-step prediction to learn an unknown PDE system in multivariate time series whose governing equations are parameterised by self-attention and gated recurrent neural networks. The proposed model, \underline{E}xogenous-\underline{g}uided \underline{P}artial \underline{D}ifferential \underline{E}quation Network (EgPDE-Net), takes account of the relationships among the exogenous variables and their effects on the target series. Importantly, the model can be reduced into a regularised ordinary differential equation (ODE) problem with special designed regularisation guidance, which makes the PDE problem tractable to obtain numerical solutions and feasible to predict multiple future values of the target series at arbitrary time points. Extensive experiments demonstrate that our proposed model could achieve competitive accuracy over strong baselines: on average, it outperforms the best baseline by reducing $9.85\%$ on RMSE and $13.98\%$ on MAE for arbitrary-step prediction.


翻译:虽然外源变量对时间序列分析的性能改进有重大影响,但目前连续的方法很少考虑到这些变量之间的序列间的相关性和时间依赖性。多变时间序列的动态系统可以仿照复杂的未知部分差异方程式(PDEs),这些方程式在许多科学和工程学科中起着突出作用。在本文件中,我们提出了一个任意步骤预测的连续时间模型,以便在多变时间序列中学习一个未知的PDE系统,其调节方程式的参数是通过自我注意和封闭式的经常性神经网络来参数化的。拟议的模型,即 底线 {E} 内在线下线{g} 假设线下线{P} 线下线{D} 线下线{D}硬度{EQQQQQQQQQequation 网络(EGroundline),其中考虑到外源变量之间的关系及其对目标序列的影响。重要的是,该模型可以通过专门设计的常规化指导,将常规化的普通差异方程式问题化成一种常规化的公式,使PDE问题可以被识别数字解决方案,并且可以预测未来多个指标序列的任意性值。85标准,通过任意性基准,从而实现一个任意的精确度测试。

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