We investigate the problem of discovering and modeling regime shifts in an ecosystem comprising multiple time series known as co-evolving time series. Regime shifts refer to the changing behaviors exhibited by series at different time intervals. Learning these changing behaviors is a key step toward time series forecasting. While advances have been made, existing methods suffer from one or more of the following shortcomings: (1) failure to take relationships between time series into consideration for discovering regimes in multiple time series; (2) lack of an effective approach that models time-dependent behaviors exhibited by series; (3) difficulties in handling data discontinuities which may be informative. Most of the existing methods are unable to handle all of these three issues in a unified framework. This, therefore, motivates our effort to devise a principled approach for modeling interactions and time-dependency in co-evolving time series. Specifically, we model an ecosystem of multiple time series by summarizing the heavy ensemble of time series into a lighter and more meaningful structure called a \textit{mapping grid}. By using the mapping grid, our model first learns time series behavioral dependencies through a dynamic network representation, then learns the regime transition mechanism via a full time-dependent Cox regression model. The originality of our approach lies in modeling interactions between time series in regime identification and in modeling time-dependent regime transition probabilities, usually assumed to be static in existing work.


翻译:我们调查了在生态系统中发现和模拟制度变化的问题,生态系统由多个时间序列组成,称为共同变化的时间序列;制度变化是指不同时间间隔中序列所显示的不断变化的行为;了解这些变化行为是时间序列预测的关键一步;虽然取得了进展,但现有方法存在以下一个或多个缺陷:(1) 没有将时间序列之间的关系纳入多个时间序列中以发现制度;(2) 缺乏一种有效的方法来模拟按时间序列显示的基于时间的行为;(3) 在处理可能具有信息性的数据不连续性方面遇到困难。现有方法大多无法在一个统一的框架内处理所有这三个问题。因此,这促使我们努力设计一种原则性方法,用于模拟相互作用和在共同变化的时间序列中的时间依赖性。具体地说,我们把时间序列中的重集到一个更轻和更有意义的结构,称为一个基于时间序列的模型{绘图网格,我们模型首先通过动态的网络代表形式来学习时间序列中的时间模型的相互依赖性,然后通过原始的系统过渡机制来学习我们现有的系统周期周期的模型。

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