【2020顶会IJCAI】利用图卷积网络进行长短期流量预测

 

概述:

交通预测是一个经典的时空预测问题,具有许多实际应用,如智能路线规划、动态交通管理和基于位置的智能应用。

由于交通数据的高度非线性和复杂性,近年来深度学习方法引起了人们的极大兴趣。然而,很少有方法能同时满足长期和短期的预测任务。针对现有研究的不足,在这篇论文中,我们提出了一个新的深度学习框架称为长期短期图卷积网络(LSGCN)处理两种流量预测任务。在这个框架中,我们提出了一个新的图注意网络cosAtt,并将cosAtt和图卷积网络(GCN)集成到一个空间门控块中。通过空间门控块和门控线性单元卷积(GLU), LSGCN可以有效地捕捉复杂的时空特征,获得稳定的预测结果。通过对三个真实流量数据集的实验验证了LSGCN的有效性。

 

主要创新:

(1)我们提出了一种新的深度学习框架LSGCN,用于长期和短期交通预测任务。在LSGCN中,我们采用空间门控块和门控线性单元卷积(GLU)分别捕捉空间和时间特征。

2.提出了一种新的图注意网络cosAtt,并将GCN和cosAtt集成到空间门控块中。

LSGCN结构,P和Q是1-D Conv的输出。delta代表sigmoid激活函数。

cosAtt模块内容:

hi是第i个路网的交通数据特征。

我们展示了cosAtt和传统的GAT之间的关键区别。首先,使用cosAtt的权值分布作为输出,将GAT的权值分布加入到原始特征中。eij是hi与hj之间的相似值,是一个常数。所以cosAtt的计算是稳定的。

GLU的详细模块如下所示:

loss function:

实验结果:

 

总结:

在本文中,我们提出了一种新的用于长期和短期流量预测的图卷积网络模型LSGCN。

在LSGCN中,我们结合新的图注意网络cosAtt和GCN来精确地捕捉空间特征,同时采用GLU来捕捉时间特征。

在真实流量网络上的实验验证了LSGCN的有效性。在未来,我们将考虑我们的模型用于更一般的时空结构序列预测,如推荐系统中的偏好预测。

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