Despite the notable advancements in numerous Transformer-based models, the task of long multi-horizon time series forecasting remains a persistent challenge, especially towards explainability. Focusing on commonly used saliency maps in explaining DNN in general, our quest is to build attention-based architecture that can automatically encode saliency-related temporal patterns by establishing connections with appropriate attention heads. Hence, this paper introduces Temporal Saliency Detection (TSD), an effective approach that builds upon the attention mechanism and applies it to multi-horizon time series prediction. While our proposed architecture adheres to the general encoder-decoder structure, it undergoes a significant renovation in the encoder component, wherein we incorporate a series of information contracting and expanding blocks inspired by the U-Net style architecture. The TSD approach facilitates the multiresolution analysis of saliency patterns by condensing multi-heads, thereby progressively enhancing the forecasting of complex time series data. Empirical evaluations illustrate the superiority of our proposed approach compared to other models across multiple standard benchmark datasets in diverse far-horizon forecasting settings. The initial TSD achieves substantial relative improvements of 31% and 46% over several models in the context of multivariate and univariate prediction. We believe the comprehensive investigations presented in this study will offer valuable insights and benefits to future research endeavors.


翻译:尽管众多基于Transformer的模型取得了显著进展,长期多步时间序列预测仍是一个持续挑战,尤其在可解释性方面。聚焦于解释深度神经网络中常用的显著性图,我们的目标是构建一种注意力架构,能够通过关联适当的注意力头自动编码与显著性相关的时间模式。为此,本文提出时间显著性检测(TSD),一种基于注意力机制的有效方法,并将其应用于多步时间序列预测。虽然我们提出的架构遵循通用的编码器-解码器结构,但在编码器组件中进行了重大革新——受U-Net风格架构启发,引入了一系列信息压缩与扩展模块。TSD方法通过压缩多头注意力机制促进显著性模式的多分辨率分析,从而渐进式增强复杂时间序列数据的预测能力。实验评估表明,在多个标准基准数据集的不同远视距预测场景下,我们提出的方法相较其他模型具有优越性。初始TSD在多变量和单变量预测任务中分别实现了比多个模型提升31%和46%的显著相对改进。我们相信本研究呈现的全面探索将为未来相关研究提供宝贵见解和有益启示。

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