[IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction

                                A Dual-Stage Attention-Based

             Recurrent Neural Network for Time Series Prediction

       论文提出了基于注意力机制的两阶段循环神经网络(DA-RNN),在第一阶段(encoder),引入input attention mechanism对每一时刻的外部输入自适应性地提取相关性;在第二阶段(decoder),引入temporal attention mechanism捕获encoder的长期时序依赖信息。


任务

       时间序列预测,给定1~T-1时刻的目标序列以及1~T-1时刻的外部序列,预测T时刻的目标值。

模型结构

          [IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction_第1张图片

encoder

       1.使用LSTM作为encoder和decoder,其中状态更新如下:

                                         [IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction_第2张图片

       2.引入input attention mechanism:对每一时刻Xt的n维变量使用attention

                                             [IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction_第3张图片

 

       3.使用(α^t)t对Xt加权求和,更新Xt:

                                                       

       4.使用(Xt)~更新1中的状态方程:

                                                               

decoder

        1.引入temporal attention mechanism:在decoder的第t时刻,对encoder所有隐藏层状态做attention

                                              [IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction_第4张图片

        2.计算t时刻的上下文向量ct:

                                                               

        3.利用ctct更新目标序列的输入值y(t−1)为y(t−1)~:

                                                           

        4.更新第t时刻decoder的隐藏层状态dt:

                                                               

         其中f2的更新状态方程如encoder-1

                                                         

                                      [IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction_第5张图片

        则第t时刻的预测值(Tt)^为:

                                                      

实验

        作者在两个数据集上和ARIMA,NARX RNN,Encoder-Decoder,Attention RNN模型进行了比较,均获得了最好的结果。

                                     [IJCAI 2017]A Dual-Stage Attention-Based Recurrent Neural Network for Time Series Prediction_第6张图片

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