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AutoTimes:基于大语言模型的自回归时间序列预测方法

Yong Liu Guo Qin Xiangdong Huang Jianmin Wang Mingsheng Long

摘要

由于时间序列语料库的可用性有限,且可扩展预训练方法尚未得到充分探索,时间序列领域的基础模型尚未得到充分发展。基于时间序列与自然语言在序列建模上的相似性,越来越多的研究表明,可利用大规模语言模型(LLM)进行时间序列建模具有可行性。然而,当前方法尚未充分考虑LLM固有的自回归特性及其仅解码器(decoder-only)的架构,导致未能充分发挥LLM的潜在能力。为充分释放大语言模型在通用令牌转移和多步生成方面的潜力,本文提出AutoTimes,将LLM重新构造成自回归时间序列预测器。该方法将时间序列映射至语言令牌的嵌入空间,并以自回归方式生成任意长度的未来预测。AutoTimes兼容任意仅解码器架构的LLM,其预测器在回看窗口长度上具有高度灵活性,并可随着更大规模LLM的引入实现良好扩展性。此外,本文将时间序列建模为提示(prompt),将预测上下文扩展至回看窗口之外,提出“上下文内预测”(in-context forecasting)机制。通过引入嵌入于LLM中的文本化时间戳,AutoTimes能够利用时间顺序信息对多变量时间序列进行对齐。实验结果表明,AutoTimes仅需0.1%的可训练参数,相比先进的基于LLM的预测模型,训练与推理速度提升超过5倍,性能达到当前最优水平。代码已开源,详见:https://github.com/thuml/AutoTimes


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