LSTM与GNN强强结合!全新架构带来10倍推理速度提升

今天来推荐一个深度学习领域很有创新性的研究方向:LSTM结合GNN

GNN擅长处理图数据关系和特征,而LSTM擅长处理时间序列数据及长期依赖关系。通过将两者结合,我们可以有效提升时间序列预测的准确性和效率,尤其是在处理空间和时间数据时。

比如一种用于出租车需求和供应预测的hetGNN-LSTM算法,结合了异构图神经网络和LSTM,比现有SOTA推理速度快了10倍!

目前这种策略已经被广泛应用于交通流量预测等多个场景,创新空间十分可观。于是我这次整理了8种最新的LSTM+GNN结合创新方案(附代码),并简单提炼了可参考的idea,希望能给各位的论文添砖加瓦。

论文原文+开源代码需要的同学看文末

Semi-decentralized Inference in Heterogeneous Graph Neural Networks for Traffic Demand Forecasting: An Edge-Computing Approach

方法:论文提出了一种结合了异构图神经网络(hetGNN)和长短期记忆网络(LSTM)的算法,用于出租车需求和供应预测。与现有最先进方法相比,hetGNN-LSTM实现了大约10倍的推理时间减少,并在不同的分散化设置中显示出高准确性预测的性能。

创新点:

  • 提出了基于hetGNN-LSTM的出租车需求和供应预测算法,将出租车作为图的节点,并利用不同类型的边来建模节点之间的关系,通过利用这些关系来改善预测性能。

  • 提出了半分散的GNN方法,通过使用多个云设备(cloudlet)进行分散计算,减少了中心化和分散化GNN方法的通信开销和计算复杂度。

  • 提出了自适应节点-CLN分配方案,通过最小切割图分区将共享子图中的节点分配给相邻的云设备,最小化云设备之间的边数,从而减少云设备之间的通信。

Generating Occupancy Profiles for Building Simulations Using a Hybrid GNN and LSTM Framework

方法:论文开发了一种混合模型,通过结合图神经网络(GNN)和长短期记忆(LSTM)神经网络,预测办公环境中各个房间的占用情况,该模型在具有高时空依赖性的任务中表现出色。

创新点:

  • 提出了一种新颖的神经网络,将图神经网络和LSTM相结合,用于预测办公室布局中各个房间的占用情况。这种图LSTM结构在高时空依赖性任务中表现出色。

  • 提出了一种解决训练模型中过拟合问题的方法,包括减少隐藏层数量、预处理训练数据和调整早停设置。这些措施可以在未来的模型改进中进行测试。

A GNN-based Day Ahead Carbon Intensity Forecasting Model for Cross-Border Power Grids

方法:论文提出了一个基于图神经网络(GNN)和长短期记忆网络(LSTM)的碳强度预测模型,用于跨境电网的日前(day-ahead)碳强度预测。与现有技术相比,该模型实现了平均26.46%的准确率提升,以及在特定情况下对某些国家预测精度的显著提高。

创新点:

  • 提出了一种新的跨境电网碳强度预测问题,并构建了一个基于图神经网络(GNN)和长短期记忆(LSTM)的CFCG模型,以捕捉空间和时间依赖关系。

  • 开发了多周期模式编码和节点感知嵌入等新设计,以更好地捕捉跨境电网中的复杂空间和时间依赖关系。

SIG-Net: GNN based dropout prediction in MOOCs using Student Interaction Graph

方法:论文提出了一个基于图神经网络(GNN)的模型,称为SIG-Net,通过从学生交互图中提取子图,并利用这些子图中包含的学生与课程的交互来预测辍学。模型中使用了关系图卷积神经网络(RGCN)来生成子图嵌入,并采用了双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)来进行时间序列的预测任务,从而实现对辍学的预测。

创新点:

  • 提出了一种名为SIG-Net的模型,通过从学生互动图中提取子图,并学习包含子图的课程中学生的互动,来预测MOOC的退学情况。

  • 提出了一种针对MOOC退学预测的基于图的方法,并展示了该模型在各种情景下的优越性能和鲁棒性。该方法还具有应用于其他基于学生互动的预测任务的潜力。

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