基于图卷积网络的短时交通速度预测

交通预测是构建智能交通系统的重要技术,实时准确的交通预测有利于规划路线,提高出行效率。为提高交通速度预测精度,提出一种基于图卷积网络的短时交通速度预测模型。首先对交通速度数据进行时空特征分析,然后结合数据空间特性构造可学习的邻接矩阵来建立图卷积网络,同时考虑到交通数据的时间特性,因此在图卷积的基础上又添加了长短期记忆网络和注意力机制来共同构建预测模型。实验结果表明由于同时考虑了交通速度数据的时空特性,本文模型均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差均小于传统模型和单个模型,验证了提出的模型预测精确度更高。     

基于图卷积网络的交通路口流量预测模型

交通流量预测是建设智慧城市中一项重要性高且挑战性大的任务。准确预测需要考虑如节假日、相似节点和天气等多种影响因素组成的时空特征。为了准确捕获到路网路口的时空特征,提出了一种基于图卷积神经网络、时序算法Prophet和Pearson相关系数的预测模型,以实现考虑空间结构、相似节点、节假日及其他影响因素对路口流量的准确预测。首先,为降低相似节点影响引入Pearson相关系数,改进时序算法,实现时间特征的捕捉;然后,采用图卷积神经网络实现空间特征的捕捉;最后,通过线性回归确定图卷积网络和时序算法的融合权重,得到时空融合预测的结果。最终基于成都市出租车轨迹数据分析提取出路口流量数据,并进行了流量预测实验。结果表明,提出的模型准确性优于大多现有的基线方法,与T-GCN、ASTGCN、AGCRN模型相比,MAE分别降低了1.623、0.724、0.161,精度分别提高了0.144、0.068、0.021,验证了该模型在交通路口流量预测中的有效性。     

单时序特征图卷积网络融合预测方法

近年来,图神经网络逐渐成为深度学习领域广泛讨论的话题和研究的重点,但大多数研究都是基于图节点,在存在多维属性的前提下进行分类和回归预测,对单时序特征的图节点预测并不能产生理想的效果。本文提出一种时序图卷积网络算法,可以在复杂图网络中,只根据节点单一特征的时序序列,实现对该特征的预测。算法通过在传统图卷积网络中对邻接矩阵参数化,解决单一特征条件下的参数退化问题,并结合长短时记忆网络的序列学习方法,将时序信息融入到训练过程中,提高训练精度。在交通流量数据集PeMS和Los上的实验表明,其预测精度要优于GCN、T-GCN、GRU、LSTM等主流算法。     

基于时空特征的公交站点短时客流量预测

针对以往公交客流量预测只考虑时序特征而忽略空间维度特征的缺点,提出一种结合注意力机制的图卷积长短期记忆单元预测模型(AGLSTM)来预测公交站点的客流量.该模型运用图卷积网络(GCN)对每个时刻的公交站点客流量进行空间维度的特征提取,使用长短期记忆网络(LSTM)对公交站点客流量进行时间特征的提取.为了更关注公交站点客...     

基于时空图卷积网络的多变量时间序列预测方法

为了扩大时空图卷积网络的预测范围,将它应用在关联关系未知场景下的多变量时间序列预测问题,提出一种附加图学习层的时空图卷积网络预测方法（GLB-STGCN）。图学习层借助余弦相似度从时间序列中学习图邻接矩阵,通过图卷积网络捕捉多变量之间的相互影响,最后通过多核时间卷积网络捕捉时间序列的周期性特征,实现对多变量的精准预测。为验证GLB-STGCN的有效性,使用天文、电力、交通和经济四个领域的公共数据集和一个工业场景生产数据集进行预测实验,结果表明GLB-STGCN优于对比方法,在天文数据集上的表现尤为出色,预测误差分别降低了6.02%、8.01%、6.72%和5.31%。实验结果证明GLB-STGCN适用范围更广,预测效果更好,尤其适合自然周期明显的时间序列预测问题。     

基于全局时空特性的城市路网交通速度预测模型

城市路网交通速度预测是智能交通系统中的重要组成部分,其可为出行者提供实时的交通信息,对提升道路通行能力具有重要意义。现有基于图卷积网络的预测模型一定程度上加强了对一阶相邻路段间空间关联程度的挖掘,但在非一阶相邻路段关联度大于一阶相邻路段关联度的情况下,如果仍输入原始的邻接矩阵,会遗失一些相对重要的路段空间信息,无法得到较好的预测结果。为准确挖掘城市路网中的时空特性,提出一种基于全局图卷积和门控循环单元的城市路网交通速度预测模型G-GCGRU。考虑全局路网下非一阶相邻路段间的空间影响程度,利用相关性分析方法计算得到路段间的关联度矩阵,并作为新的卷积方式进一步加深对空间特征的挖掘,在此基础上,采用门控循环单元方法提取路网时间特征。使用深圳市罗湖区城市路网车速数据进行实验,结果表明,该模型预测性能优于图卷积网络（GCN）、门控循环单元（GRU）和GCN-GRU混合模型,以均方根误差为评价指标,预测精度分别提高25.3%、4.7%和2.1%。     

基于时间图注意力的交通流量预测模型

交通状况预测是智能交通系统的一个重要组成部分,而车流量是交通状况最直接的体现,因而对交通流量进行预测具有重要的应用价值。一方面,城市中的道路本身带有空间拓扑性质,另一方面车流量随时间动态变化。因此交通流量预测问题的关键在于对数据中存在的时间和空间依赖进行建模。针对这一特性,使用神经网络模型和注意力机制来探索交通流量数据中的时空依赖关系,提出基于时间图注意力的交通流量预测模型。空间依赖方面,使用图卷积网络与注意力结合的学习算法对不同影响程度节点分配不同的权重,加入节点自适应学习,有效提取空间特征;时间依赖方面,使用时序卷积网络对时间特征进行提取,通过扩张卷积扩大感受域从而捕获较长时间序列数据的特征。由图注意力网络和时间卷积网络构成一个时空网络层,最终连接到输出层输出预测结果。该模型使用图卷积神经网络和注意力机制结合的方式提取空间特征,充分考虑了道路间的空间关系,利用时序卷积网络捕获时间特征。在两个真实的数据集上进行实验后发现,在未来15 min、30 min、60 min的时间段内该模型都有良好表现,结果优于现有基准模型。     

基于时序图卷积的动态网络链路预测

动态网络链路预测广泛的应用前景,使得其逐渐成为网络科学研究的热点.动态网络链路演化过程中具有复杂的空间相关性和时间依赖性,导致其链路预测任务极具挑战.提出一个基于时序图卷积的动态网络链路预测模型(dynamic network link prediction based on sequential graph convolution, DNLP-SGC).针对网络快照序列不能有效反映动态网络连续性的问题,采用边缘触发机制对原始网络权重矩阵进行修正,弥补了离散快照表示动态网络存在时序信息丢失的不足.从网络演化过程出发,综合考虑节点间的特征相似性以及历史交互信息,采用时序图卷积提取动态网络中节点的特征,该方法融合了节点时空依赖关系.进一步,采用因果卷积网络捕获网络演化过程中潜在的全局时序特征,实现动态网络链路预测.在2个真实的网络数据集上的实验结果表明,DNLP-SGC在precision, recall, AUC指标上均优于对比的基线模型.     

基于图卷积网络和门控循环单元的多站点气温预测模型

时空预测任务在神经科学、交通、气象等领域应用广泛.气温预测作为典型的时空预测任务,需要挖掘气温数据中固有的时空特征.针对现有气温预测算法存在预测误差大、空间特征提取不充分的问题,提出一种基于图卷积网络和门控循环单元的气温预测(GCN-GRU)模型.首先,使用重新分配权重和多阶近邻连接方式修正图卷积网络(GCN),以有效...     

基于组合模型的短时交通流预测方法

准确、实时的交通流预测对交通规划、交通管理和交通控制具有重要意义.然而,由于道路网络拓扑结构约束和交通流随时间动态变化的空时相关特性,交通流预测仍然具有挑战性.为了同时捕获交通流的空间和时间相关性,提出一种将图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU)相结合的组合模型方法.利用GCU能够灵活处理图结构数据的优点来捕捉各个路段的空间特征,继而发挥GRU在处理时间序列方面的优势挖掘交通流的内在时间规律,空时融合后得到最终预测结果.利用美国交通研究数据实验室的高速公路交通数据对该模型进行仿真验证,结果表明,所提出的GCN-GRU组合模型方法具有更高的预测精度,预测结果优于自回归积分滑动平均(ARIMA)模型和GRU模型等基准预测方法.     

基于注意力机制的CNN-GCN模型及其应用

现有多变量时间序列(multivariate time series,MTS)预测方法模型主要采用循环神经网络和注意力机制提取MTS的复杂时空特征,这些方法对MTS变量之间的空间依赖关系的捕获能力不足。图卷积网络对复杂数据的空间特征提取能力较强。为此提出一种融入图卷积网络、注意力机制和深度学习中的卷积神经网络的三通道网络框架模型,将该框架模型用于多变量时间序列预测任务。实验结果表明,该模型在国际汇率这一多变量时间序列数据集上的性能表现要优于目前较先进的几个基线模型。     

一种时空协同的图卷积长短期记忆网络及其工业软测量应用

软测量技术的发展有效解决了工业过程中对于难以直接测量的质量变量的感知困难,为过程的控制与优化提供了有力保障.通常在含有多个质量变量的过程中,样本间的时序关系和多个质量变量间相互影响的空间关系能够反映过程本身的特性,这种时空特性的挖掘有益于软测量模型性能的提升,而传统软测量方法往往局限于对时序关系的学习而并未考虑对质量变量间的空间关系进行有效利用.对此,提出一种时空协同的图卷积长短期记忆网络(graph convolution long short-term memory networks, GC-LSTM),并应用于工业软测量场景.采用多通道网络结构将图卷积网络的空间关系挖掘能力与长短期记忆网络的时序关系学习能力相结合,对过程进行时空协同学习以实现软测量应用.具体而言,每条通道用于对每种质量变量进行独立学习;对于过程的时序特性,利用各通道内的长短期记忆网络提取针对不同质量变量的时序特征;对于过程的空间特性,构建质量变量间空间关系的图结构,采用跨通道的图卷积运算将不同通道内不同质量变量的时序特征基于空间关系进行融合,得到兼具过程时空特性的特征,从而在软测量建模中实现过程时空协同学习与融合...     

基于图卷积神经网络的SDN网络流量预测

精确和实时的网络流量预测在SDN网络中扮演着重要角色,同时对流量工程、网络控制起到重要作用.由于网络拓补的约束和时间的动态变化,即空间和时间特征,使得网络流量预测问题已经成为一个公认的科学问题.为了有效提取空间和时间特征,提出一种基于神经网络的预测模型,即结合了图卷积和门控循环单元的模型.图卷积网络可以有针对性地提取到复杂拓补的空间特征,同时门控循环单元能提取到流量的时间特征,两者的结合可以有效地预测软定义网络中的流量.在模型性能比较方面,将提出的GCGRU与经典方法进行了比较.评估指标包括MSE,RMSE,MAE.实验结果表明,GCGRU能够更有效地进行流量预测.     

基于图卷积神经网络的SDN网络流量预测

精确和实时的网络流量预测在SDN网络中扮演着重要角色,同时对流量工程、网络控制起到重要作用.由于网络拓补的约束和时间的动态变化,即空间和时间特征,使得网络流量预测问题已经成为一个公认的科学问题.为了有效提取空间和时间特征,提出一种基于神经网络的预测模型,即结合了图卷积和门控循环单元的模型.图卷积网络可以有针对性地提取到复杂拓补的空间特征,同时门控循环单元能提取到流量的时间特征,两者的结合可以有效地预测软定义网络中的流量.在模型性能比较方面,将提出的GCGRU与经典方法进行了比较.评估指标包括MSE,RMSE,MAE.实验结果表明,GCGRU能够更有效地进行流量预测.     

基于重启随机游走的图自编码器

针对现有的图自编码器无法捕捉图中节点之间的上下文信息的问题,提出基于重启随机游走的图自编码器.首先,构造两层图卷积网络编码图的拓扑结构和特征,同时进行重启随机游走捕捉节点之间的上下文信息;其次,为了聚合重启随机游走和图卷积网络获得的表示,设计自适应学习策略,根据两种表示的重要性自适应地分配权重.为了证明该方法的有效性,将图最终的表示应用于节点聚类和链路预测任务.实验结果表明,与基线方法相比,提出的方法实现了更先进的性能.     

基于时序模体注意力图卷积的动态网络链路预测算法

时序网络中的动态链路预测旨在基于历史连边信息预测未来会产生的连边,是网络分析的重要组成部分,具有极大的理论研究价值和广阔的应用场景.针对现有的动态链路预测算法大多基于一阶连边关系预测未来连边,忽略了对高阶的拓扑信息和时序通联信息的挖掘和利用问题,提出一种基于时序模体注意力图卷积的动态链路预测算法.首先,提出一种时序模体邻接矩阵构建算法,利用时序模体抽取节点间的高阶拓扑和时序关系信息;然后利用隐式调节过程对网络演化过程进行建模,并使用时序模体邻接矩阵作为传输矩阵的图卷积神经网络学习节点的低维向量表示并进行迭代更新;最后以节点间表示向量作为输入,通过计算连边发生的条件密度函数值作为依据完成动态链路预测.在多个真实时序网络数据集上的实验结果表明,所提算法可有效挖掘节点间的高阶拓扑和时序信息,提高动态链路预测效果.     

改进图卷积网络在复杂因素下的步态识别

针对人在行走过程中衣着、携带物、视角等因素导致步态识别率显著下降的问题，提出一种加入残差连接和注意力机制的图卷积网络的步态识别方法。以步态骨架序列为输入，采用加入了残差连接的图卷积网络，通过学习骨架数据的时空信息提取出更加精细的步态特征，提高步态特征的表征能力，通过加入注意力机制对各个关节的重要程度进行建模，增大显著区域特征的权重。在数据集CASIA-B中的结果表明，该网络提高了在衣着、携带物等复杂因素下的步态识别率。     

融合自适应图卷积与Transformer序列模型的中文手语翻译方法

针对手语翻译方法所存在的动作特征提取以及时序翻译方面存在的问题,提出一种融合自适应图卷积AGCN 与Transformer时序模型的AGCN-T手语翻译网络。自适应图卷积网络用于学习手语动作中骨骼节点的交互空间依赖信息;Transformer时序模块捕捉手语动作序列的时间关系特征信息并将其翻译成可理解的手语内容。此外,在预处理部分,提出了一种移动窗口的关键帧提取算法,并用MediaPipe姿态估计算法对关键帧图像序列进行骨架提取。实验表明,该方法在大型中文连续手语数据集CCSL的词错率达到了3.75%,精度为97.87%,优于其他先进的手语翻译方法。     

基于类金字塔图残差网络的图像超分辨率重建

针对基于深度学习的图像超分辨率重建算法大多侧重于从大量外部训练数据中学习,而忽视图像本身的内部知识以及过于关注局部特征的问题,提出一种基于类金字塔图残差网络的图像超分辨率重建算法.首先,该算法构建的残差图卷积结构利用一种预生成图结构的方式将提取的特征图转换为预生成图结构的顶点来构成图结构数据,从而通过图卷积来学习特征自身内部的拓扑结构,同时使用残差学习适度地加深图卷积网络以提高重建性能;其次,该算法构建的类金字塔多空洞卷积结构,通过充分利用不同大小的感受野,避免了不能完全覆盖所有像素点的缺陷,更好地融合不同尺度的特征信息;最后,经过大量实验验证,所提出的算法显著优于主流超分辨率方法,有着更好的客观和主观度量结果.     

基于深度残差长短记忆网络交通流量预测算法

针对多步交通流量预测任务中时间空间特征提取效果不佳和预测未来时间交通流量精度低的问题,提出一种基于长短时记忆（LSTM）网络、卷积残差网络和注意力机制的融合模型。首先,利用一种基于编解码器的架构,通过在编解码器中加入LSTM网络来挖掘不同尺度的时间域特征;其次,构建基于注意力机制挤压激励（SE）模块的卷积残差网络嵌入到LSTM网络结构中,从而挖掘交通流量数据中的空间域特征;最后,将编码器中获得的隐状态下的信息输入到解码器中,实现高精度多步交通流量的预测。基于真实交通数据进行实验测试和分析,实验结果表明,相较于原始的基于图卷积的模型,所提模型在北京和纽约两个交通流量公开数据集上的均方根误差（RMSE）分别获得了1.622和0.08的下降。所提模型能够高效且精确地对交通流量作出预测。