Conformal prediction is a statistical tool for producing prediction regions of machine learning models that are valid with high probability. However, applying conformal prediction to time series data leads to conservative prediction regions. In fact, to obtain prediction regions over $T$ time steps with confidence $1-\delta$, {previous works require that each individual prediction region is valid} with confidence $1-\delta/T$. We propose an optimization-based method for reducing this conservatism to enable long horizon planning and verification when using learning-enabled time series predictors. Instead of considering prediction errors individually at each time step, we consider a parameterized prediction error over multiple time steps. By optimizing the parameters over an additional dataset, we find prediction regions that are not conservative. We show that this problem can be cast as a mixed integer linear complementarity program (MILCP), which we then relax into a linear complementarity program (LCP). Additionally, we prove that the relaxed LP has the same optimal cost as the original MILCP. Finally, we demonstrate the efficacy of our method on a case study using pedestrian trajectory predictors.


翻译:保形预测是一种统计工具,用于生成机器学习模型在高概率下有效的预测区域。然而,将保形预测应用于时间序列数据会导致保守的预测区域。事实上,为了在$T$个时间步上以置信度$1-\delta$获得预测区域,先前的工作要求每个单独预测区域以置信度$1-\delta/T$有效。我们提出了一种基于优化的方法来减少这种保守性,从而在使用学习型时间序列预测器时实现长时域规划与验证。我们不单独考虑每个时间步的预测误差,而是考虑多个时间步上的参数化预测误差。通过在一个额外数据集上优化参数,我们得到了非保守的预测区域。我们证明该问题可转化为混合整数线性互补规划(MILCP),随后将其松弛为线性互补规划(LCP)。此外,我们还证明了松弛后的线性规划具有与原始MILCP相同的最优成本。最后,我们通过一个使用行人轨迹预测器的案例研究展示了该方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【数据科学导论书】Introduction to Datascience,253页pdf
专知会员服务
50+阅读 · 2021年11月15日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【Google论文】ALBERT:自我监督学习语言表达的精简BERT
专知会员服务
24+阅读 · 2019年11月4日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月24日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
10+阅读 · 6月15日
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【数据科学导论书】Introduction to Datascience,253页pdf
专知会员服务
50+阅读 · 2021年11月15日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【Google论文】ALBERT:自我监督学习语言表达的精简BERT
专知会员服务
24+阅读 · 2019年11月4日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员