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[AI学术] 标签高效的时间序列分类:双流 OSSE-LSTM 与反事实归因

发布于:2026-10-05 22:00 最后更新:2026-10-06 12:11
#algorithm #Machine Learning #Neural

时间序列数据在工业设备、可穿戴设备、电网和临床监测等场景中以巨大的规模持续产生,但标注仍然依赖人工、成本高且需要专家。因而在大规模时间序列分析中,限制因素不是数据量而是标签量。实际工作中最关键的问题是:每个类别需要标注多少样本,分类器才能达到可用水平?

本文直接在标签空间固定且已知的前提下,研究仅使用每类 K 条标记样本构建决策规则的情形。我们提出 Dual-Stream OSSE-LSTM,一种基于 episodic 度量学习的框架。该框架将 Omni-Scale CNN(配合 Squeeze‑and‑Excitation 重标定)用于多尺度模式提取,避免对每个数据集进行卷积核调参;同时使用 双向 LSTM 捕获全局时间上下文。两条流的特征独立归一化后融合,形成面向原型的嵌入空间。

为了在少标签条件下保持可解释性,我们引入 Counterfactual Integrated Gradients (C‑IG)。C‑IG 不是对单一分类器的 logits 进行归因,而是对目标类与对立类原型之间的 margin 进行归因,并将得到的归因图作为软掩码,在测试时对原型进行细化,而无需更新编码器。

在 19 个单变量 UCR 数据集上实验表明,OSSE‑LSTM 在所有支持大小(K)下均取得最高的平均准确率和数据集胜率。其准确率在 0.36% 的波动范围内保持在 96.36%‑96.72%。即使在最弱配置下,也仍然超过所有对比基线在任意 K 时的最佳结果(93.99%)。

点评:该方法在标签稀缺的实际场景中表现出色,兼具高精度和可解释性,为大规模时间序列分类提供了实用的解决方案。

原文链接: https://arxiv.org/abs/2610.02704

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