Transformer architectures have established strong baselines in time series forecasting, yet they typically rely on positional encodings that assume uniform, index-based temporal progression. However, real-world systems, from shifting financial cycles to elastic biological rhythms, frequently exhibit "time-warped" dynamics where the effective flow of time decouples from the sampling index. In this work, we first formalize this misalignment and prove that rotary position embedding (RoPE) is mathematically incapable of representing non-affine temporal warping. To address this, we propose Symplectic Positional Embeddings (SyPE), a learnable encoding framework derived from Hamiltonian mechanics. SyPE strictly generalizes RoPE by extending the rotation group $\mathrm{SO}(2)$ to the symplectic group $\mathrm{Sp}(2,\mathbb{R})$, modulated by a novel input-dependent adaptive warp module. By allowing the attention mechanism to adaptively dilate or contract temporal coordinates end-to-end, our approach captures locally varying periodicities without requiring pre-defined warping functions. We implement this mechanism in StretchTime, a multivariate forecasting architecture that achieves state-of-the-art performance on standard benchmarks, demonstrating superior robustness on datasets exhibiting non-stationary temporal dynamics.


翻译:Transformer架构已在时间序列预测领域建立了坚实的基准,但其通常依赖于假设均匀、基于索引的时间进程的位置编码。然而,从变化的金融周期到弹性的生物节律,现实世界系统频繁表现出"时间扭曲"动力学,其中时间的有效流动与采样索引解耦。在本工作中,我们首先形式化了这种错位,并证明旋转位置编码(RoPE)在数学上无法表示非仿射时间扭曲。为解决此问题,我们提出了辛位置编码(SyPE),一种源自哈密顿力学的可学习编码框架。SyPE通过将旋转群$\mathrm{SO}(2)$扩展至辛群$\mathrm{Sp}(2,\mathbb{R})$,并由新颖的输入依赖自适应扭曲模块调制,严格推广了RoPE。通过使注意力机制能够端到端地自适应扩张或收缩时间坐标,我们的方法无需预定义扭曲函数即可捕捉局部变化的周期性。我们将此机制实现在StretchTime中,这是一个多元预测架构,在标准基准测试中实现了最先进的性能,并在表现出非平稳时间动态的数据集上展示了卓越的鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

时间序列大模型综述
专知会员服务
46+阅读 · 2025年4月8日
《深度学习在时间序列预测中的应用:综述》
专知会员服务
28+阅读 · 2025年3月14日
【ICML2022】时序自监督视频transformer
专知会员服务
31+阅读 · 2022年7月28日
【Google-BryanLim等】可解释深度学习时序预测
专知会员服务
64+阅读 · 2021年12月19日
专知会员服务
237+阅读 · 2020年12月15日
你真的懂时间序列预测吗?
腾讯大讲堂
104+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
基于LSTM深层神经网络的时间序列预测
论智
22+阅读 · 2018年9月4日
基于 Keras 用 LSTM 网络做时间序列预测
R语言中文社区
21+阅读 · 2018年8月6日
基于 Keras 用深度学习预测时间序列
R语言中文社区
23+阅读 · 2018年7月27日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
你真的懂时间序列预测吗?
腾讯大讲堂
104+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
基于LSTM深层神经网络的时间序列预测
论智
22+阅读 · 2018年9月4日
基于 Keras 用 LSTM 网络做时间序列预测
R语言中文社区
21+阅读 · 2018年8月6日
基于 Keras 用深度学习预测时间序列
R语言中文社区
23+阅读 · 2018年7月27日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员