Large pre-trained models for zero/few-shot learning excel in language and vision domains but encounter challenges in multivariate time series (TS) due to the diverse nature and scarcity of publicly available pre-training data. Consequently, there has been a recent surge in utilizing pre-trained large language models (LLMs) with token adaptations for TS forecasting. These approaches employ cross-domain transfer learning and surprisingly yield impressive results. However, these models are typically very slow and large (~billion parameters) and do not consider cross-channel correlations. To address this, we present Tiny Time Mixers (TTM), a significantly small model based on the lightweight TSMixer architecture. TTM marks the first success in developing fast and tiny general pre-trained models (<1M parameters), exclusively trained on public TS datasets, with effective transfer learning capabilities for forecasting. To tackle the complexity of pre-training on multiple datasets with varied temporal resolutions, we introduce several novel enhancements such as adaptive patching, dataset augmentation via downsampling, and resolution prefix tuning. Moreover, we employ a multi-level modeling strategy to effectively model channel correlations and infuse exogenous signals during fine-tuning, a crucial capability lacking in existing benchmarks. TTM shows significant accuracy gains (12-38\%) over popular benchmarks in few/zero-shot forecasting. It also drastically reduces the compute needs as compared to LLM-TS methods, with a 14X cut in learnable parameters, 106X less total parameters, and substantial reductions in fine-tuning (65X) and inference time (54X). In fact, TTM's zero-shot often surpasses the few-shot results in many popular benchmarks, highlighting the efficacy of our approach. Models and source code are available at https://huggingface.co/ibm/TTM


翻译:大型预训练模型在零样本/少样本学习中在语言和视觉领域表现出色,但由于多变量时间序列(TS)的多样性以及公开预训练数据的稀缺性,其在时间序列领域面临挑战。因此,近期兴起利用预训练大语言模型(LLMs)通过令牌适配进行时间序列预测的方法。这些方法采用跨域迁移学习,并意外地取得了令人印象深刻的结果。然而,这些模型通常非常缓慢且庞大(约十亿参数),且未考虑跨通道相关性。为解决此问题,我们提出小时间混合器(TTM),一种基于轻量级TSMixer架构的极小模型。TTM首次成功开发出快速且小巧的通用预训练模型(参数少于100万),完全基于公开时间序列数据集训练,并具备有效的迁移学习预测能力。为应对跨多种时间分辨率数据集预训练的复杂性,我们引入了多项新增强技术,包括自适应分块、通过降采样进行数据集增强以及分辨率前缀调优。此外,我们采用多层次建模策略,有效建模通道相关性并在微调过程中注入外源信号,这一关键能力在现有基准中缺失。TTM在少样本/零样本预测中相比流行基准实现了显著的精度提升(12-38%)。同时,与LLM-TS方法相比,它大幅降低了计算需求,可学习参数减少14倍,总参数减少106倍,微调时间(65倍)和推理时间(54倍)也显著降低。事实上,TTM的零样本预测在许多流行基准中常超越少样本结果,凸显了本方法的有效性。模型和源代码可在 https://huggingface.co/ibm/TTM 获取。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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