We introduce the Deep Convolutional Interpreter for Time Series (DCIts), a deep-learning architecture for nonlinear multivariate time series that provides sample-specific, locally interpretable descriptions of the underlying interaction structure. Unlike standard black-box forecasters, DCIts learns a time- and lag-dependent transition tensor explicitly factorized into two components: a Focuser, which selects relevant source series and time lags via a sparse masking mechanism, and a Modeler, which assigns signed coefficients to these selected interactions. This decomposition yields a local lag-adjacency structure and signed source-lag contributions for every forecast instance, enabling direct inspection of effective connectivity; when higher-order branches are activated, the same framework yields order-resolved elementwise polynomial contributions. Architecturally, DCIts uses a diverse bank of convolutional filters to capture temporal and cross-variable dependencies, which are mapped through a bottleneck network to the transition tensor. On controlled benchmark datasets with a known interaction structure, we demonstrate that DCIts achieves competitive forecasting error relative to a strong interpretable baseline while recovering stable, signed, lag-resolved interaction patterns. The framework thus prioritizes intrinsic interpretability, using forecasting accuracy as a faithfulness constraint rather than the sole objective.


翻译:我们引入了深度卷积时间序列解释器(DCIts),这是一种针对非线性多元时间序列的深度学习架构,能够提供样本特定、局部可解释的底层交互结构描述。与标准黑箱预测器不同,DCIts学习一个依赖于时间和滞后的转移张量,该张量明确分解为两个组件:聚焦器(Focuser)通过稀疏掩码机制选择相关源序列和时间滞后,建模器(Modeler)为这些选中的交互分配带符号系数。这种分解为每个预测实例生成局部滞后-邻接结构以及带符号的源-滞后贡献,从而可以直接检查有效连接;当高阶分支被激活时,同一框架可生成按阶解析的逐元素多项式贡献。在架构上,DCIts使用多样化的卷积核池来捕捉时间依赖和跨变量依赖,并通过瓶颈网络映射到转移张量。在具有已知交互结构的受控基准数据集上,我们证明DCIts在预测误差上相对于强可解释基线具有竞争力,同时能够恢复稳定、带符号且滞后解析的交互模式。因此,该框架优先考虑内在可解释性,将预测准确性作为保真度约束而非唯一目标。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学(特别是功能分析)中,卷积是对两个函数(f和g)的数学运算,产生三个函数,表示第一个函数的形状如何被另一个函数修改。 卷积一词既指结果函数,又指计算结果的过程。 它定义为两个函数的乘积在一个函数反转和移位后的积分。 并针对所有shift值评估积分,从而生成卷积函数。
《深度学习在时间序列预测中的应用:综述》
专知会员服务
29+阅读 · 2025年3月14日
《可解释深度强化学习综述》
专知会员服务
40+阅读 · 2025年2月12日
「深度时间序列模型」综述
专知会员服务
44+阅读 · 2024年7月19日
深度学习和基础模型在时间序列预测中的综述
专知会员服务
50+阅读 · 2024年1月26日
基于深度学习的时间序列分类研究综述
专知会员服务
83+阅读 · 2024年1月8日
深度学习模型可解释性的研究进展
专知
26+阅读 · 2020年8月1日
深度学习可解释性研究进展
专知
19+阅读 · 2020年6月26日
什么是深度学习的卷积?
论智
18+阅读 · 2018年8月14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
【回顾】深度学习系列之二:卷积神经网络
AI研习社
20+阅读 · 2017年12月1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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
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
0+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
14+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
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
0+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
14+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员