تصميم باتش تي إس تي لانحدار السلاسل الزمنية متعددة المتغيرات
الملخص
يطبق محول النموذج باتش تي إس تي، وهي بنية محول للتنبؤ بالسلاسل الزمنية طويلة الأفق، على انحدار ذي مخرج قياسي. ويقبل تسلسلات مرتبة حسب الزمن والسمات، ويعيد ترتيبها للعمود الفقري، ثم يختزل المخرجات لكل سمة إلى تنبؤ واحد. ويتبع تصميمه ترميزًا مستقلًا للقنوات: تمر كل قناة سمات عبر أوزان محول مشتركة دون مزج القنوات داخل المشفر.
يستخدم التنفيذ أيضًا تطبيعًا عكسيًا للحالات لتطبيع كل عينة وكل قناة قبل الترميز واستعادة مقياسها بعده. وتحافظ الرقع المتداخلة على بنية التسلسل المحلية، فيما يحول رأس تنبؤ مسطح التسلسل المشفر إلى المخرج. وتجمع طبقة خطية أخيرة مخرجات القنوات في قيمة قياسية. وتوضح هذه الخيارات المعمارية كيف يكيّف المحول نموذج تنبؤ عام لواجهة انحدار متعددة المتغيرات؛ ولا يقدم المستند تجربة تداول أو مجموعة بيانات أو معيارًا مرجعيًا أو نتائج أداء. وتتناول ادعاءاته بنية النموذج، لذا تظل قيمته التنبؤية للبيانات المالية غير مثبتة هنا.
الأفكار الرئيسية
- يقسم باتش تي إس تي كل قناة إدخال إلى رقع ويرمز القنوات بأوزان مشتركة.
- يزيل تطبيع المثيل العكسي إحصاءات كل عينة وقناة، ثم يعيدها.
- يستخدم التصميم رقعًا متداخلة ورأسًا مسطحًا بدلًا من تجميع المتوسط العام.
- يجمع إسقاط خطي نهائي المخرجات على مستوى القناة في تنبؤ انحدار قياسي.
- يصف المستند بنية معمارية لكنه لا يقدم دليلًا على أداء التداول.
الوسوم
النص الكامل
# patchtst.py
```py
"""PatchTST: patching + channel-independent Transformer for time series.
From Nie, Nguyen, Sinthong, Kalagnanam (2023), *A Time Series is Worth 64
Words: Long-term Forecasting with Transformers*, ICLR 2023.
Two structural properties distinguish the paper's PatchTST from naive
"tokenize-the-input-with-a-Transformer" baselines:
1. **Channel-independent patching.** Each feature channel is treated as its
own univariate sequence and passed through the same shared Transformer
weights. There is no cross-channel mixing inside the encoder. This file
delegates to ``PatchTST_backbone`` from the authors' repo to preserve
this exactly.
2. **RevIN (Reversible Instance Normalization).** Per-sample per-channel
statistics are removed before the backbone and re-added after, making
the model robust to distribution shift. The vendored backbone wires
this up when ``revin=True``.
Additionally, the paper uses **overlapping patches** (stride < patch_len)
and a **flatten + linear** prediction head rather than global mean pooling.
Adapter layer on top of the backbone:
- The backbone returns ``(batch, n_vars, target_window)``. For cross-sectional
scalar regression we set ``target_window=1`` and then project the per-channel
outputs to a single scalar via ``Linear(n_vars -> 1)``.
Reference implementation vendored from https://github.com/yuqinie98/PatchTST
(MIT License) into ``_reference/`` with import paths adjusted. RevIN is
vendored from https://github.com/ts-kim/RevIN (MIT License).
Interface preserved for the factory:
PatchTST(n_features: int, lookback: int, patch_size: int = 16, ...)
forward(x: (batch, seq_len, n_features)) -> (batch,)
"""
from __future__ import annotations
import torch
import torch.nn as nn
from case_studies.config.patchtst._reference import PatchTST_backbone
class PatchTST(nn.Module):
"""PatchTST channel-independent regressor.
Wraps the paper authors' ``PatchTST_backbone`` with a scalar regression
head. RevIN on by default; overlapping patches with stride=patch_size/2.
"""
def __init__(
self,
n_features: int,
lookback: int,
patch_size: int = 16,
stride: int | None = None,
d_model: int = 64,
n_heads: int = 4,
n_layers: int = 2,
d_ff: int | None = None,
dropout: float = 0.1,
attn_dropout: float = 0.0,
revin: bool = True,
affine: bool = True,
subtract_last: bool = False,
padding_patch: str = "end",
):
super().__init__()
if stride is None:
stride = max(1, patch_size // 2)
if d_ff is None:
d_ff = d_model * 4
self.backbone = PatchTST_backbone(
c_in=n_features,
context_window=lookback,
target_window=1,
patch_len=patch_size,
stride=stride,
n_layers=n_layers,
d_model=d_model,
n_heads=n_heads,
d_ff=d_ff,
attn_dropout=attn_dropout,
dropout=dropout,
revin=revin,
affine=affine,
subtract_last=subtract_last,
padding_patch=padding_patch,
head_type="flatten",
individual=False,
)
self.head = nn.Linear(n_features, 1)
def forward(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
# x: (batch, seq_len, n_features) → backbone wants (batch, n_vars, seq_len)
z = x.permute(0, 2, 1)
# backbone out: (batch, n_vars, target_window=1)
z = self.backbone(z)
# collapse target_window and project across channels to scalar
z = z.squeeze(-1) # (batch, n_vars)
return self.head(z).squeeze(-1)
```يُعرض النص كاملًا مع نسبه إلى مصدره وفقًا لترخيصه. الترخيص: MIT
أعدّ وكيل الأبحاث في Stratmill هذا الملخص استنادًا إلى المصدر الأصلي؛ وهو ليس نسخة منه.