Recent work in synthetic data generation in the time-series domain has focused on the use of Generative Adversarial Networks. We propose a novel architecture for synthetically generating time-series data with the use of Variational Auto-Encoders (VAEs). The proposed architecture has several distinct properties: interpretability, ability to encode domain knowledge, and reduced training times. We evaluate data generation quality by similarity and predictability against four multivariate datasets. We experiment with varying sizes of training data to measure the impact of data availability on generation quality for our VAE method as well as several state-of-the-art data generation methods. Our results on similarity tests show that the VAE approach is able to accurately represent the temporal attributes of the original data. On next-step prediction tasks using generated data, the proposed VAE architecture consistently meets or exceeds performance of state-of-the-art data generation methods. While noise reduction may cause the generated data to deviate from original data, we demonstrate the resulting de-noised data can significantly improve performance for next-step prediction using generated data. Finally, the proposed architecture can incorporate domain-specific time-patterns such as polynomial trends and seasonalities to provide interpretable outputs. Such interpretability can be highly advantageous in applications requiring transparency of model outputs or where users desire to inject prior knowledge of time-series patterns into the generative model.


翻译:在时间序列域合成数据生成方面,最近的工作重点是利用创用反反转网络。我们提出了合成生成时间序列数据的新结构,使用变式自动编码器(VAE)来合成生成时间序列数据。拟议架构有几种不同的特性:可解释性、对域知识进行编码的能力以及减少培训时间段。我们根据四个多变量数据集以相似性和可预测性的方式评估数据生成质量。我们试验了不同规模的培训数据,以衡量数据可用性对我们VAE方法和若干最新数据生成方法的生成质量的影响。我们关于类似性测试的结果显示,VAE方法能够准确地代表原始数据的时间属性。关于下一步的预测任务,拟议的VAE结构能够持续满足或超过最新数据生成方法的性能。虽然减少噪音可能会导致生成的数据偏离原始数据,但我们证明由此产生的去创新数据能够大大改善使用生成数据进行下一步骤预测的性能。最后,拟议结构能够准确地代表原始数据的时段属性。在先期模型中将可实现的季节性产出纳入这种可解释性能的模型,从而将可解释的可实现性趋势流流流流的模型,从而将这种可实现的模型的可实现的可实现性趋势流流数据。

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