Robust LSTM With Tuned-PSO and Bifold-Attention Mechanism for Analyzing Multivariate Time-Series

计算机科学 超参数 自回归积分移动平均 时间序列 人工智能 系列(地层学) 多元统计 机器学习 北京 古生物学 法学 政治学 中国 生物
作者
Andri Pranolo,Yingchi Mao,Aji Prasetya Wibawa,Agung Bella Putra Utama,Felix Andika Dwiyanto
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10: 78423-78434 被引量:30
标识
DOI:10.1109/access.2022.3193643
摘要

The need for accurate time-series results is badly demanding. LSTM has been applied for forecasting time series, which is generated when variables are observed at discrete and equal time intervals. Nevertheless, the problem of determining hyperparameters with a relatively high random rate will reduce the accuracy of the prediction results. This paper aims to promote LSTM with tuned-PSO and Bifold-Attention mechanism. PSO optimizes LSTM hyperparameters, and Bifold-attention mechanism selects the optimal input for LSTM. An accurate, adaptive, and robust time-series forecasting model is the main contribution, compared with ARIMA, MLP, LSTM, PSO-LSTM, A-LSTM, and PSO-A-LSTM. The model comparison is based on the accuracy of each model in forecasting Beijing PM2.5, Beijing Multi-Site, Air Quality, Appliances Energy, Wind Speed, and Traffic Flow. Proposed PSO Bifold-Attention LSTM has lower MAPE and RMSE than baselines. In other words, the model outperformed all LSTM base models in this study. The proposed model’s accuracy is adaptable in daily, weekly, and monthly multivariate time-series datasets. This ground-breaking innovation is valuable for time-series analysis research, particularly the implementation of deep learning for time-series forecasting.

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