We propose a retrodictive forecasting paradigm for time series: instead of predicting the future from the past, we identify the future that best explains the observed present via inverse MAP optimization over a Conditional Variational Autoencoder (CVAE). This conditioning is a statistical modeling choice for Bayesian inversion; it does not assert that future events cause past observations. The approach is theoretically grounded in an information-theoretic arrow-of-time measure: the symmetrized Kullback-Leibler divergence between forward and time-reversed trajectory ensembles provides both the conceptual rationale and an operational GO/NO-GO diagnostic for applicability. We implement the paradigm as MAP inference over an inverse CVAE with a learned RealNVP normalizing-flow prior and evaluate it on six time series cases: four synthetic processes with controlled temporal asymmetry and two ERA5 reanalysis datasets (wind speed and solar irradiance). The work makes four contributions: (i) a formal retrodictive inference formulation; (ii) an inverse CVAE architecture; (iii) a model-free irreversibility diagnostic; and (iv) a falsifiable validation protocol with four pre-specified predictions. All pre-specified predictions are empirically supported: the diagnostic correctly classifies all six cases; the learned flow prior improves over an isotropic Gaussian baseline on GO cases; the inverse MAP yields no spurious advantage on time-reversible dynamics; and on irreversible GO cases, it achieves competitive or superior RMSE relative to forward baselines, with a statistically significant 17.7% reduction over a forward MLP on ERA5 solar irradiance. These results provide a structured proof-of-concept that retrodictive forecasting can constitute a viable alternative to conventional forward prediction when statistical time-irreversibility is present and exploitable.


翻译:我们提出了一种时间序列的回溯性预测范式:不同于从过去预测未来,我们通过条件变分自编码器(CVAE)上的逆最大后验概率优化,识别出最能解释当前观测结果的未来状态。这种条件化是贝叶斯反演的一种统计建模选择,并非断言未来事件导致过去观测。该方法在理论上基于一种信息论的时间箭头度量:正向与时间反转轨迹集合之间的对称化Kullback-Leibler散度既提供了概念依据,也提供了适用性的可操作GO/NO-GO诊断标准。我们将该范式实现为具有学习型RealNVP标准化流先验的逆CVAE上的最大后验概率推断,并在六个时间序列案例上进行了评估:四个具有受控时间不对称性的合成过程,以及两个ERA5再分析数据集(风速和太阳辐照度)。本工作做出了四项贡献:(i)形式化的回溯性推断框架;(ii)逆CVAE架构;(iii)无模型不可逆性诊断方法;(iv)包含四项预先设定预测的可证伪验证方案。所有预先设定的预测均得到实证支持:诊断方法正确分类了全部六个案例;在GO案例中,学习到的流先验优于各向同性高斯基线;在时间可逆动态上,逆最大后验概率推断未产生虚假优势;而在不可逆的GO案例中,相对于前向基线模型,其取得了具有竞争力或更优的均方根误差,其中在ERA5太阳辐照度数据上相比前向多层感知机实现了统计显著的17.7%误差降低。这些结果提供了一个结构化的概念验证,表明当存在统计时间不可逆性且可被利用时,回溯性预测可以构成传统前向预测的可行替代方案。

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