طراحی PatchTST برای رگرسیون سری زمانی چندمتغیره
خلاصه
این آداپتور مدل، معماری ترنسفورمر PatchTST را که برای پیشبینی بلندمدت سری زمانی طراحی شده، در رگرسیون اسکالر به کار میگیرد. دنبالههایی با آرایش زمانی و ویژگی میپذیرد، آنها را برای مدل پایه بازآرایی میکند و خروجیهای هر ویژگی را به یک پیشبینی کاهش میدهد. طراحی آن از رمزگذاری مستقل از کانال پیروی میکند: هر کانال ویژگی از وزنهای مشترک ترنسفورمر میگذرد، بیآنکه درون رمزگذار کانالها با هم ترکیب شوند.
پیادهسازی همچنین از نرمالسازی وارونپذیر نمونه استفاده میکند تا هر نمونه و کانال را پیش از رمزگذاری نرمال و پس از آن مقیاسش را بازیابی کند. وصلههای همپوشان ساختار محلی دنباله را حفظ میکنند و سرِ پیشبینیِ تختشونده، دنباله رمزگذاریشده را به خروجی نگاشت میکند. یک لایه خطی نهایی، خروجی کانالها را به یک مقدار اسکالر ترکیب میکند. این انتخابهای معماری نشان میدهند آداپتور چگونه یک مدل پیشبینی عمومی را به رابط رگرسیون چندمتغیره نگاشت میکند؛ سند هیچ آزمایش معاملاتی، مجموعهداده، محکزنی یا نتیجه عملکردی ارائه نمیدهد. ادعاهای آن به ساختار مدل مربوطاند؛ بنابراین ارزش پیشبینی برای دادههای مالی در اینجا اثبات نشده است.
ایدههای کلیدی
- PatchTST هر کانال ورودی را به وصلهها تقسیم میکند و کانالها را با وزنهای مشترک رمزگذاری میکند.
- نرمالسازی وارونپذیر نمونه، آمار هر نمونه و کانال را حذف و سپس بازیابی میکند.
- این طراحی از وصلههای همپوشان و سرِ تختشونده استفاده میکند، نه میانگینگیری کلی.
- یک فرافکنی خطی نهایی، خروجیهای سطح کانال را به پیشبینی رگرسیون اسکالر ترکیب میکند.
- این سند معماری را شرح میدهد، اما شواهدی از عملکرد معاملاتی ارائه نمیکند.
برچسبها
متن کامل
# 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)
```با ذکر منبع و مطابق مجوز اثر، بهطور کامل نمایش داده میشود. مجوز: MIT
این خلاصه را عامل پژوهشی Stratmill بر پایه متن اصلی نوشته است؛ نسخهای از اثر منبع نیست.