Time series forecasting task predicts future trends based on historical information. Recent U-Net-based methods have demonstrated superior performance in predicting real-world datasets. However, the performance of these models is lower than patch-based models or linear models. In this work, we propose a symmetric and hierarchical framework, Kernel-U-Net, which cuts the input sequence into slices at each layer of the network and then computes them using kernels. Furthermore, it generalizes the concept of convolutional kernels in classic U-Net to accept custom kernels that follow the same design pattern. Compared to the existing linear or transformer-based solution, our model contains 3 advantages: 1) A small number of parameters: the parameters size is $O(log(L)^2)$ where $L$ is the look-back window size, 2) Flexibility: its kernels can be customized and fitted to the datasets, 3) Computation efficiency: the computation complexity of transformer modules is reduced to $O(log(L)^2)$ if they are placed close to the latent vector. Kernel-U-Net accuracy was greater than or equal to the state-of-the-art model on six (out of seven) real-world datasets.


翻译:时间序列预测任务基于历史信息预测未来趋势。近期基于U-Net的方法在真实数据集预测中展现出优越性能,但这些模型的性能仍低于基于分块(patch)的模型或线性模型。本研究提出一种对称层次化框架——Kernel-U-Net,该框架在网络每一层将输入序列切分为切片,并通过核(kernel)对其进行计算。此外,该方法将经典U-Net中的卷积核概念泛化,可接纳遵循相同设计模式的自定义核。与现有线性或基于Transformer的解决方案相比,本模型具有三大优势:1)参数量少:参数规模为$O(log(L)^2)$(其中$L$为回溯窗口长度);2)灵活性高:核可定制化并适配不同数据集;3)计算高效:若将Transformer模块置于潜向量附近,其计算复杂度可降至$O(log(L)^2)$。在七个真实数据集的六个中,Kernel-U-Net的预测精度达到或超越当前最优模型。

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