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STKAN: 時空間予測のためのKolmogorov-Arnoldネットワーク

記事の要約

実世界の交通データは不均一な空間相関と非線形な時間ダイナミクスを示し、時空間予測に課題を投げかけている。既存手法はグラフ、アテンション、分解アーキテクチャに焦点を当てるが、基礎となる非線形関数近似器の影響は軽視されてきた。STKANはテイラー多項式Kolmogorov-Arnoldネットワークモジュールを空間・時間トークンミキシングに導入する。学習可能なソフトノードグループ割り当てで高レベル空間表現を構築し、グループ単位の空間ミキシングを行い、圧縮系列上の時間依存性をモデル化し、自己アテンションで長距離相互作用を捕捉する。5つの交通予測ベンチマークで競争力のある性能を示し、MLPベースの変種を上回り、非線形関数近似器設計がアーキテクチャ設計を補完することを示唆する。

ソースarXiv Machine Learning著者: Sicong Lai, Yuehong Hu, Siru Zhong, Si Qiao, Yuxuan Liang, Guangyin Jin
STKAN: 時空間予測のためのKolmogorov-Arnoldネットワーク
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2026年7月14日、arXivにて「STKAN: Kolmogorov-Arnold Networks for Spatio-Temporal Forecasting」と題された論文が公開されました。著者ら(Sicong Lai氏他4名)は、時空間予測のための新しいアーキテクチャSTKANを提案しています。

時空間予測は交通流予測などの応用で重要ですが、現実のデータは不均一な空間相関と非線形な時間ダイナミクスを持ちます。従来のグラフニューラルネットワーク、アテンション機構、分解アプローチはこれらの課題に対処してきましたが、非線形関数近似器そのものの設計は見過ごされてきました。STKANは、このギャップを埋めるために、テイラー多項式Kolmogorov-Arnold Network(KAN)モジュールを空間および時間トークンミキシングに統合します。

具体的には、学習可能なソフトノードグループ割り当てメカニズムにより、空間ノードを複数のグループに分割し、高レベルな空間表現を構築します。次に、グループ単位で空間ミキシングを行い、その結果得られた圧縮系列に対して時間依存性をモデル化します。さらに、空間および時間自己アテンション層を追加し、長距離の相互作用を捉えます。5つの交通予測ベンチマーク(PEMS04、PEMS08、METR-LAなど)を用いた実験では、STKANは競争力のある精度を達成し、特にMLPベースのベースラインを一貫して上回りました。これにより、非線形関数近似器の設計がアーキテクチャ設計を補完できることが示されています。論文は機械学習(cs.LG)と人工知能(cs.AI)の分野に分類され、arXiv:2607.13108として入手可能です。

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要点

  • STKANはテイラー多項式KANモジュールを時空間トークンミキシングに導入。
  • 学習可能なソフトノードグループ割り当てで高レベル空間表現を構築。
  • 5つの交通予測ベンチマークでMLPベースの変種を上回る競争力のある性能。
  • 非線形関数近似器の設計がアーキテクチャ設計を補完することを示唆。

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