Dynamic Hypergraph Structure Learning for Multivariate Time Series Forecasting

计算机科学 多元统计 系列(地层学) 时间序列 图形 数据挖掘 超图 复杂网络 人工智能 人工神经网络 机器学习 算法 理论计算机科学 数学 离散数学 生物 万维网 古生物学
作者
Shun Wang,Yong Zhang,Xuanqi Lin,Yongli Hu,Qingming Huang,Baocai Yin
出处
期刊:IEEE Transactions on Big Data [IEEE Computer Society]
卷期号:10 (4): 556-567 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tbdata.2024.3362188
摘要

Multivariate time series forecasting plays an important role in many domain applications, such as air pollution forecasting and traffic forecasting. Modeling the complex dependencies among time series is a key challenging task in multivariate time series forecasting. Many previous works have used graph structures to learn inter-series correlations, which have achieved remarkable performance. However, graph networks can only capture spatio-temporal dependencies between pairs of nodes, which cannot handle high-order correlations among time series. We propose a Dynamic Hypergraph Structure Learning model (DHSL) to solve the above problems. We generate dynamic hypergraph structures from time series data using the K-Nearest Neighbors method. Then a dynamic hypergraph structure learning module is used to optimize the hypergraph structure to obtain more accurate high-order correlations among nodes. Finally, the hypergraph structures dynamically learned are used in the spatio-temporal hypergraph neural network. We conduct experiments on six real-world datasets. The prediction performance of our model surpasses existing graph network-based prediction models. The experimental results demonstrate the effectiveness and competitiveness of the DHSL model for multivariate time series forecasting.
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