Traffic forecasting is a cornerstone of smart city management, enabling efficient resource allocation and transportation planning. Deep learning, with its ability to capture complex nonlinear patterns in spatiotemporal (ST) data, has emerged as a powerful tool for traffic forecasting. While graph neural networks (GCNs) and transformer-based models have shown promise, their computational demands often hinder their application to real-world road networks, particularly those with large-scale spatiotemporal interactions. To address these challenges, we propose a novel spatiotemporal graph transformer (STGformer) architecture. STGformer effectively balances the strengths of GCNs and Transformers, enabling efficient modeling of both global and local traffic patterns while maintaining a manageable computational footprint. Unlike traditional approaches that require multiple attention layers, STG attention block captures high-order spatiotemporal interactions in a single layer, significantly reducing computational cost. In particular, STGformer achieves a 100x speedup and a 99.8\% reduction in GPU memory usage compared to STAEformer during batch inference on a California road graph with 8,600 sensors. We evaluate STGformer on the LargeST benchmark and demonstrate its superiority over state-of-the-art Transformer-based methods such as PDFormer and STAEformer, which underline STGformer's potential to revolutionize traffic forecasting by overcoming the computational and memory limitations of existing approaches, making it a promising foundation for future spatiotemporal modeling tasks.


翻译:交通预测是智慧城市管理的基石,能够实现高效的资源分配与交通规划。深度学习凭借其捕捉时空数据中复杂非线性模式的能力,已成为交通预测的有力工具。尽管图神经网络和基于Transformer的模型已展现出潜力,但其计算需求往往阻碍了它们在实际道路网络(尤其是具有大规模时空交互的网络)中的应用。为应对这些挑战,我们提出了一种新颖的时空图Transformer架构——STGformer。该模型有效平衡了图神经网络与Transformer的优势,能够在保持可控计算开销的同时,高效建模全局与局部交通模式。与传统方法需要多个注意力层不同,STG注意力模块在单层内即可捕获高阶时空交互,从而显著降低计算成本。具体而言,在包含8600个传感器的加州道路图上进行批量推理时,STGformer相比STAEformer实现了100倍的速度提升和99.8%的GPU内存占用降低。我们在LargeST基准数据集上评估了STGformer,并证明了其优于PDFormer、STAEformer等当前最先进的基于Transformer的方法。这些结果凸显了STGformer通过突破现有方法的计算与内存限制来革新交通预测的潜力,使其成为未来时空建模任务的有望基础。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年12月10日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
VIP会员
最新内容
乌克兰纵深打击如何重塑俄罗斯的战略选择
专知会员服务
1+阅读 · 今天12:25
俄乌战争中关于中程打击无人机部署的经验启示
专知会员服务
0+阅读 · 今天12:08
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
伊朗不对称防空战略的演进
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
10+阅读 · 7月22日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员