Messages are Never Propagated Alone: Collaborative Hypergraph Neural Network for Time-Series Forecasting

成对比较 计算机科学 超图 人工智能 时间序列 水准点(测量) 图形 机器学习 航程(航空) 人工神经网络 数据挖掘 理论计算机科学 数学 离散数学 大地测量学 复合材料 材料科学 地理
作者
Nan Yin,Li Shen,Huan Xiong,Bin Gu,Chong Chen,Xian‐Sheng Hua,Siwei Liu,Xiao Luo
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:46 (4): 2333-2347 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tpami.2023.3331389
摘要

This paper delves into the problem of correlated time-series forecasting in practical applications, an area of growing interest in a multitude of fields such as stock price prediction and traffic demand analysis. Current methodologies primarily represent data using conventional graph structures, yet these fail to capture intricate structures with non-pairwise relationships. To address this challenge, we adopt dynamic hypergraphs in this study to better illustrate complex interactions, and introduce a novel hypergraph neural network model named CHNN for correlated time series forecasting. In more detail, CHNN leverages both semantic and topological similarities via an interaction model and hypergraph diffusion process, thereby constructing comprehensive collaborative correlation scores that effectively guide spatial message propagation. In addition, it incorporates short-term temporal information to generate efficient spatio-temporal feature maps. Lastly, a long-term temporal module is proposed to generate future predictions utilizing both temporal attention and a gated recurrent network. Comprehensive experiments conducted on four real-world datasets, i.e., Tiingo , Stocktwits , NYC-Taxi , and Social Network demonstrate that the proposed CHNN markedly outperforms a range of benchmark methods.
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