Time series forecasting models often lack interpretability, limiting their adoption in domains requiring explainable predictions. We propose \textsc{FreqLens}, an interpretable forecasting framework that discovers and attributes predictions to learnable frequency components. \textsc{FreqLens} introduces two key innovations: (1) \emph{learnable frequency discovery} -- frequency bases are parameterized via sigmoid mapping and learned from data with diversity regularization, enabling automatic discovery of dominant periodic patterns without domain knowledge; and (2) \emph{axiomatic frequency attribution} -- a theoretically grounded framework that provably satisfies Completeness, Faithfulness, Null-Frequency, and Symmetry axioms, with per-frequency attributions equivalent to Shapley values. On Traffic and Weather datasets, \textsc{FreqLens} achieves competitive or superior performance while discovering physically meaningful frequencies: all 5 independent runs discover the 24-hour daily cycle ($24.6 \pm 0.1$h, 2.5\% error) and 12-hour half-daily cycle ($11.8 \pm 0.1$h, 1.6\% error) on Traffic, and weekly cycles ($10\times$ longer than the input window) on Weather. These results demonstrate genuine frequency-level knowledge discovery with formal theoretical guarantees on attribution quality.


翻译:时间序列预测模型通常缺乏可解释性,这限制了其在需要可解释预测的领域中的应用。我们提出 \textsc{FreqLens},一个可解释的预测框架,它能够发现可学习的频率分量并将预测结果归因于这些分量。\textsc{FreqLens} 引入了两个关键创新:(1) \emph{可学习的频率发现}——频率基通过 sigmoid 映射进行参数化,并通过多样性正则化从数据中学习,从而无需领域知识即可自动发现主导的周期性模式;(2) \emph{公理化的频率归因}——一个具有理论基础的框架,可证明满足完备性、忠实性、零频率和对称性公理,其逐频率归因等价于沙普利值。在交通和天气数据集上,\textsc{FreqLens} 在发现具有物理意义的频率的同时,实现了具有竞争力或更优的性能:所有 5 次独立运行均在交通数据集上发现了 24 小时的日周期($24.6 \pm 0.1$ 小时,误差 2.5%)和 12 小时的半日周期($11.8 \pm 0.1$ 小时,误差 1.6%),并在天气数据集上发现了周周期(比输入窗口长 $10\times$)。这些结果证明了在具有归因质量正式理论保证的前提下,实现了真正的频率级知识发现。

0
下载
关闭预览

相关内容

数学上,序列是被排成一列的对象(或事件);这样每个元素不是在其他元素之前,就是在其他元素之后。这里,元素之间的顺序非常重要。
《深度学习在时间序列预测中的应用:综述》
专知会员服务
28+阅读 · 2025年3月14日
【KDD2024】CAFO:基于特征的时间序列分类解释
专知会员服务
25+阅读 · 2024年6月5日
【ICML2024】TIMEX++: 通过信息瓶颈学习时间序列解释
专知会员服务
17+阅读 · 2024年5月16日
【干货书】用于数据科学分析和预测的时间序列,529页pdf
专知会员服务
123+阅读 · 2022年10月10日
【Google-BryanLim等】可解释深度学习时序预测
专知会员服务
64+阅读 · 2021年12月19日
专知会员服务
237+阅读 · 2020年12月15日
时空序列预测方法综述
专知
22+阅读 · 2020年10月19日
基于LSTM深层神经网络的时间序列预测
论智
22+阅读 · 2018年9月4日
基于 Keras 用深度学习预测时间序列
R语言中文社区
23+阅读 · 2018年7月27日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17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
1+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
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
1+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员