单变量时间序列的MHAGRU-MCCE分类方法
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1.华南理工大学机械与汽车工程学院;2.广东盈峰科技有限公司

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中图分类号:

TP391.4; TN911.7

基金项目:

广东省重点领域研发计划“精密仪器设备”重点专项(2022B0303040001)


Univariate time series classification approach using MHAGRU-MCCE
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    摘要:

    在单变量时间序列分类任务中,有效利用时间序列的多尺度特征、时间依赖特征对提高分类准确率至关重要。针对现有模型在综合利用多尺度特征、时间依赖特征方面局限,本文提出一种结合多尺度条件卷积增强模块(MCCE)与基于多头注意力机制的门控循环单元(MHAGRU)新型混合模型MHAGRU-MCCE,MCCE从不同尺度捕捉丰富时序特征,MHAGRU侧重于提取时间序列数据中依赖关系。在UCR的85个公共数据集上,与MACNN、AFFNet、OS-CNN、LITETime、MLP和LSTM-FCN等6种主流基于深度学习时间序列分类模型相比,验证表明MHAGRU-MCCE在平均准确率(MA)上分别提升0.66%、2.04%、3.45%、2.70%、12%和2.89%,并取得最高算术平均排名(AMR)= 2.45、几何平均排名(GMR)= 1.98,充分证明MHAGRU-MCCE在处理单变量时间序列分类问题上的有效性、优越性。

    Abstract:

    In univariate time series classification tasks, effectively utilizing the multi-scale and time-dependent features of time series is crucial for enhancing classification accuracy. Addressing the limitations in existing models regarding the comprehensive use of multi-scale and time-dependent features, this paper introduces a new hybrid model MHAGRU-MCCE that combines the Multi-scale Conditional Convolution and Enhancement (MCCE) module with a Multi-Head Attention mechanism based GRU (MHAGRU). MCCE captures rich temporal features across different scales, while MHAGRU focuses on extracting the dependency relationships within the time series data. On 85 public datasets from UCR, comparative validation with six mainstream deep learning-based time series classification models, including MACNN, AFFNet, OS-CNN, LITETime, MLP, and LSTM-FCN, demonstrates that MHAGRU-MCCE achieves respective improvements in Mean Accuracy (MA) of 0.66%, 2.04%, 3.45%, 2.70%, 12%, and 2.89%. It also achieved the highest Arithmetic Mean Rank (AMR) = 2.45 and Geometric Mean Rank (GMR) = 1.98, fully demonstrating the effectiveness and superiority of MHAGRU-MCCE in handling univariate time series classification problems.

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  • 收稿日期:2024-08-04
  • 最后修改日期:2024-09-06
  • 录用日期:2024-09-06
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