【CMU & AWS 2020】Forecasting Big Time Series: Theory and Practice(Part II)

接上篇:Forecasting Big Time Series: Theory and Practice(Part I)


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Forecasting with Neural Networks – Timeline

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Deep Learning for Forecasting: Outline

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Feed-Forward Neural Networks (Multi-layer Perceptron (MLPs))

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Basic Model Structures

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Sequence-to-Sequence / Many-to-Many Structure (Discriminative Model)

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Training Neural Networks

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Loss Functions

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Recurrent Neural Networks

Recap: State-Space Models for Forecasting

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From Latent State (Exponential Smoothing) to Recurrent NN

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Central idea: Exponential Smoothing

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Long Short-Term Memory (LSTM)

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Basic Model Structures

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Canonical RNN Structure: DeepAR

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Sequence to Sequence (Seq2Seq) Structure: Many-to-Many

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Seq2Seq: RNN-MLP

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Seq2Seq: RNN-RNN

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Seq2Seq: Causal CNN-RNN

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Seq2Seq: Training

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Seq2Seq: Gated Recurrent Units (GRU) [Suilin, 2017]

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Comparison: Canonical (One-to-One) vs. Seq2Seq (Many-to-Many)

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Probabilistic Forecasts from Neural Nets

How to Get Probabilistic Forecasts

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Input/Output Transformations

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Input/Output Transformations: Box-Cox Transform

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Input/Output Transformations: Probabilty Integral Transform

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Input/Output Transformations: Binning

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Distribution Representations

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Spline Quantile Function, [Gasthaus et al., 2019]

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GANs for Forecasting

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Convolutional Neural Networks

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Dilated Causal Convolution and WaveNet [Van Den Oord et al., 2016]

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What about attention?

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Transformer for Forecasting

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N-BEATS: [Oreshkin et al., 2019]

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Modern methods struggle with strategic forecasting problems

Predict overall Amazon retail demand years into the future. Not enough data may be available for training, assumptions on long-term behaviour should be handled properly. Use a classical, local model

預測未來亞馬遜的總體零售需求。可能沒有足夠的數據用於培訓,應正確處理有關長期行爲的假設。使用經典的本地模型
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Predict the demand for a each product available at Amazon Time series are irregular, only combined to they have enough history and exhibit clear patterns.

預測對亞馬遜時間序列中可用的每種產品的需求都是不規則的,只有結合起來,它們才具有足夠的歷史並顯示出清晰的模式。

Deep Probabilistic Models

Finding the right balance: data vs model driven

找到合適的平衡:數據與模型驅動
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Simple Exponential Smoothing

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General Exponential Smoothing

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Linear State Space Model(SSM)

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Deep State Space Model in a Nutshell

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Deep State - Training

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Explore Structure: Local vs. Global

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Deep Factor Models: Local & Global

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Summary of Deep State and Deep Factor

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