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基于改进时间融合Transformers的中国大豆需求预测方法
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作者 刘佳佳 秦晓婧 +5 位作者 李乾川 许世卫 赵继春 王一罡 熊露 梁晓贺 《智慧农业(中英文)》 2025年第4期187-199,共13页
[目的/意义]精准预测大豆需求对保障国家粮食安全、优化产业决策与应对国际贸易变局有着重要的现实意义,而利用时间融合Transformers(Temporal Fusion Transformers,TFT)模型开展中国大豆需求预测时,在特征交互层与注意力权重分配等方... [目的/意义]精准预测大豆需求对保障国家粮食安全、优化产业决策与应对国际贸易变局有着重要的现实意义,而利用时间融合Transformers(Temporal Fusion Transformers,TFT)模型开展中国大豆需求预测时,在特征交互层与注意力权重分配等方面仍存在一定局限。为此,亟需探索一种基于改进TFT模型的预测方法,以提升需求预测的准确性与可解释性。[方法]本研究将深度学习的TFT模型应用到中国大豆需求预测中,提出了一种基于多层动态特征交互(Multi-layer Dynamic Feature Interaction,MDFI)与自适应注意力权重优化(Adaptive Attention Weight Optimization,AAWO)改进的MA-TFT(Improved TFT Model Based on MDFI and AAWO)模型。对包含1980—2024年4652个相关指标的中国大豆需求分析数据集进行数据预处理和特征工程,设计实验将MA-TFT模型分别与自回归差分移动平均模型(Autoregressive Integrated Moving Average Model,ARIMA)、长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型及TFT模型进行预测性能对比,进行了消融实验,同时利用SHAP(SHapley Additive exPlanations)工具可解释性分析影响中国大豆需求的关键特征变量,开展了未来10年的中国大豆需求量预测。[结果和讨论]MA-TFT模型的均方误差(Mean Squared Error,MSE)、平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别为0.036和5.89%,决定系数R^(2)为0.91,均高于对比模型,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和MAPE分别较基准模型TFT累计降低21.84%和3.44%,表明改进TFT的MA-TFT模型能够捕捉特征间复杂关系,提升预测性能;研究利用SHAP工具可解释性分析发现,MA-TFT模型对影响中国大豆需求关键特征变量的解释稳定性较高;预计2025、2030和2034年中国大豆需求量分别达到11799万吨、11033万吨和11378万吨。[结论]基于改进TFT的MA-TFT模型方法为解决现有大豆需求预测方法精度不足、可解释性不强的实际问题提供了解决思路,也为其他农产品时间序列预测的方法优化与应用提供了参考和借鉴。 展开更多
关键词 时间融合transformers(tft) 大豆需求预测 多层动态特征交互 自适应注意力权重优化 可解释性分析
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基于多尺度特征信息融合的时间序列异常检测 被引量:4
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作者 衡红军 喻龙威 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期203-214,共12页
目前大多数的时间序列都缺少相应的异常标签,且现有基于重构的异常检测算法不能很好地捕获到多维数据间复杂的潜在相关性和时间依赖性,为了构建特征丰富的时间序列,提出一种多尺度特征信息融合的异常检测模型。该模型首先通过卷积神经... 目前大多数的时间序列都缺少相应的异常标签,且现有基于重构的异常检测算法不能很好地捕获到多维数据间复杂的潜在相关性和时间依赖性,为了构建特征丰富的时间序列,提出一种多尺度特征信息融合的异常检测模型。该模型首先通过卷积神经网络对滑动窗口内的不同序列进行特征卷积来获取不同尺度下的局部上下文信息。然后,利用Transformer中的位置编码对卷积后的时间序列窗口进行位置嵌入,增强滑动窗口中每一个时间序列和邻近序列之间的位置联系,并引入时间注意力获取数据在时间维度上的自相关性,并进一步通过多头自注意力自适应地为窗口内不同时间序列分配不同的权重。最后,对反卷积过程中上采样得到的窗口数据与不同尺度下得到的局部特征和时间上下文信息进行逐步融合,从而准确重构原始时间序列,并将重构误差作为最终的异常得分进行异常判定。实验结果表明,所构建模型在SWaT和SMD数据集上与基线模型相比F1分数均有所提升。在数据维度高且均衡性较差的WADI数据集上与GDN模型相比F1分数降低了1.66%。 展开更多
关键词 异常检测 多尺度信息融合 卷积神经网络 transformER 多维时间序列 自编码器
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融合经验模态分解与改进时域Transformer的网络安全态势预测 被引量:1
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作者 孙隽丰 李成海 +1 位作者 宋亚飞 倪鹏 《空军工程大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期104-112,共9页
针对网络安全态势预测任务复杂且真实环境下数据噪声较大等问题,提出一种融合经验模态分解与改进时域Transformer的网络安全态势预测方法,通过“分解-重构”方式使用完全自适应噪声集合经验模态分解方法对真实环境下网络安全态势数据进... 针对网络安全态势预测任务复杂且真实环境下数据噪声较大等问题,提出一种融合经验模态分解与改进时域Transformer的网络安全态势预测方法,通过“分解-重构”方式使用完全自适应噪声集合经验模态分解方法对真实环境下网络安全态势数据进行去噪预处理;提出改进时域Transformer,使用时域Transformer模块提取网络安全态势数据序列的时间深层全局特征,并提出Attention Fusion机制实现时序特征的自适应融合,以更加稳健的特征融合方式完成预测任务。实验结果表明,本文提出的方法相较其他方法在预测精度方面具有显著提高,其拟合优度决定系数达到0.997860,拟合效果较好。 展开更多
关键词 网络安全态势预测 时间序列分解 transformER 特征融合 注意力机制
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基于Transformer特征融合的时间序列分类网络 被引量:3
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作者 段梦梦 金城 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2023年第12期97-103,共7页
在时间序列分类任务中,模型集成方法通过训练多个基础模型并利用一定的规则来聚合基础模型的输出,从而得到比单一基础模型更准确的结果。目前模型集成方法主要关注基础模型的选择以及如何提高基础模型的差异性和多样性,忽视了对聚合规... 在时间序列分类任务中,模型集成方法通过训练多个基础模型并利用一定的规则来聚合基础模型的输出,从而得到比单一基础模型更准确的结果。目前模型集成方法主要关注基础模型的选择以及如何提高基础模型的差异性和多样性,忽视了对聚合规则的探索。针对这一问题,提出了基于Transformer特征融合的时间序列分类网络(Transformer Feature Fusion Network,TFFN)。该网络包含二重Transformer编解码器(Dual Transformer Encoder Decoder,Dual TED)和基于Transformer的具有样本分布感知特性的分类模块(Transformer Encoder Head,TEH)两个核心组件。Dual TED利用Transformer的注意力模块对基础特征进行提取和融合,得到具有更强辨别性的融合特征。具有样本分布感知特性的分类模块根据融合特征对时间序列进行更准确的分类,从而弥补现有集成模型方法忽视特征融合、集成规则过于简单的不足。实验结果表明,TFFN在多个主流时间序列分类数据集上取得了最好的成绩。 展开更多
关键词 时间序列分类 模型集成 transformER 特征融合 深度学习
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基于SF-Transformer的智能教育平台短期电力负荷预测研究 被引量:3
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作者 冯艳丽 周宇 +2 位作者 黄福兴 万俊岭 袁培森 《华东师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期173-182,共10页
建设智能教育平台是推动教育智能化的一个重要过程,但智能教育平台依赖的人工智能模型在训练过程中会消耗大量电力,因此,开展短期电力负荷预测对建设智能教育平台具有重要意义.针对在考虑多个属性开展短期电力负荷预测时,由于部分属性... 建设智能教育平台是推动教育智能化的一个重要过程,但智能教育平台依赖的人工智能模型在训练过程中会消耗大量电力,因此,开展短期电力负荷预测对建设智能教育平台具有重要意义.针对在考虑多个属性开展短期电力负荷预测时,由于部分属性与电力负荷数据的相关性不强并且Transformer无法捕捉电力负荷数据的时间相关性,而导致电力负荷预测不够准确的问题,基于SR(Székely and Rizzo)距离相关系数、融合时间定位编码和Transformer,提出了一种短期电力负荷预测模型SF-Transformer.SF-Transformer通过SR距离相关系数对影响电力负荷数据的属性进行筛选,选择与电力负荷数据之间SR距离相关系数较大的属性.SF-Transformer采用一种全局时间编码与局部位置编码相结合的融合时间定位编码,有助于模型全面获取电力负荷数据的时间定位信息.在数据集上开展了实验,实验结果表明SF-Transformer与其他模型相比,在两种时长上进行电力负荷预测具有更低的均方根误差和平均绝对误差. 展开更多
关键词 智能教育平台 短期电力负荷预测 SR距离相关系数 融合时间定位编码 transformER
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