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NEST:通过面向机制的混合专家模型应对数据集级分布漂移

NEST是一种专门设计的框架,通过两阶段密集MoE架构建模和重组数据集中的演化结构。它首先在矩-熵空间中进行无监督聚类,将数据集划分为不同的运行机制,然后利用面向机制的路由器机制生成初始专家权重,并通过几何调制进行优化。专家作为专门的内核,捕获机制特有的动态。在多种基准测试中,NEST取得了最先进的性能。

来源arXiv Machine Learning作者: Lanhao Li, Bingshu Xie, Lijun Sun, Xin Xue, Haoyi Zhou, Jianxin Li

长期时间序列预测在复杂系统中常因数据集级分布漂移而失效,这种漂移源于多种潜在行为模式和系统状态的演化。现有方法大多关注局部时间漂移,但未能建模数据集的全局结构——即不同运行机制的复合体。为此,研究团队提出NEST框架,采用两阶段密集混合专家(MoE)架构来显式建模和重组这些演化结构。

NEST的第一阶段通过无监督聚类在矩-熵空间中将数据集划分为不同的运行机制,实现结构专门化。矩-熵空间是一个理论驱动的特征空间,能够有效区分数据的内在模式。第二阶段引入面向机制的路由器机制:首先根据时间内容生成初始专家权重,再通过几何调制向机制质心精化。这种设计使得路由器能够动态地为每个时间点分配最相关的专家。

与传统方法将专家视为单一预测器不同,NEST中的每个专家充当专门的内核,通过演化独特的变量注意力模式来捕获机制特定的动态。这种设计允许专家专注于学习某类运行模式的时序依赖关系,从而提升预测精度。

在异构网络流量和物理现象等多个基准测试上,NEST一致取得了最先进的性能。实验表明,该方法在处理复杂、多模式的时间序列时具有显著优势。此外,研究团队已公开代码和数据集,以促进相关领域的进一步研究。代码和数据集可在https://github.com/Aaralshin/NEST获取。