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2022-06-11
英文标题:
《Temporal Logistic Neural Bag-of-Features for Financial Time series
  Forecasting leveraging Limit Order Book Data》
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作者:
Nikolaos Passalis, Anastasios Tefas, Juho Kanniainen, Moncef Gabbouj,
  Alexandros Iosifidis
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  Time series forecasting is a crucial component of many important applications, ranging from forecasting the stock markets to energy load prediction. The high-dimensionality, velocity and variety of the data collected in these applications pose significant and unique challenges that must be carefully addressed for each of them. In this work, a novel Temporal Logistic Neural Bag-of-Features approach, that can be used to tackle these challenges, is proposed. The proposed method can be effectively combined with deep neural networks, leading to powerful deep learning models for time series analysis. However, combining existing BoF formulations with deep feature extractors pose significant challenges: the distribution of the input features is not stationary, tuning the hyper-parameters of the model can be especially difficult and the normalizations involved in the BoF model can cause significant instabilities during the training process. The proposed method is capable of overcoming these limitations by a employing a novel adaptive scaling mechanism and replacing the classical Gaussian-based density estimation involved in the regular BoF model with a logistic kernel. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated using extensive experiments on a large-scale financial time series dataset that consists of more than 4 million limit orders.
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中文摘要:
从股市预测到能源负荷预测,时间序列预测是许多重要应用的重要组成部分。在这些应用程序中收集的数据的高维性、速度和多样性带来了重大而独特的挑战,必须认真解决每个问题。在这项工作中,提出了一种新的时间逻辑神经特征袋方法,可以用来解决这些挑战。该方法可以有效地与深度神经网络相结合,为时间序列分析提供强大的深度学习模型。然而,将现有BoF公式与深度特征提取器相结合带来了重大挑战:输入特征的分布不是固定的,调整模型的超参数可能特别困难,并且BoF模型中涉及的规范化可能会在训练过程中造成显著的不稳定性。该方法采用了一种新的自适应缩放机制,并用logistic核取代了常规转炉模型中基于高斯的密度估计,从而克服了这些局限性。在一个由400多万个限额订单组成的大规模金融时间序列数据集上进行了大量实验,证明了该方法的有效性。
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分类信息:

一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Papers on all aspects of machine learning research (supervised, unsupervised, reinforcement learning, bandit problems, and so on) including also robustness, explanation, fairness, and methodology. cs.LG is also an appropriate primary category for applications of machine learning methods.
关于机器学习研究的所有方面的论文(有监督的,无监督的,强化学习,强盗问题,等等),包括健壮性,解释性,公平性和方法论。对于机器学习方法的应用,CS.LG也是一个合适的主要类别。
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Covers machine learning papers (supervised, unsupervised, semi-supervised learning, graphical models, reinforcement learning, bandits, high dimensional inference, etc.) with a statistical or theoretical grounding
覆盖机器学习论文(监督,无监督,半监督学习,图形模型,强化学习,强盗,高维推理等)与统计或理论基础
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2022-6-11 11:31:57
金融时间序列预测的时态逻辑神经特征袋利用限额订单数据Nikolaos Passalis、Anastasios Tefas、Juho Kanniainen、Moncef Gabboujand和Alexandros Iosi fi DistractTime series预测是许多重要应用的关键组成部分,从股市预测到能源负荷预测。在这些应用程序中收集的高维、快速和多样的数据构成了重大而独特的挑战,必须认真解决每个挑战。在这项工作中,提出了一种新的时态LogisticNeural特征袋方法,可用于应对这些挑战。所提出的方法可以有效地与深度神经网络相结合,从而为时间序列分析建立强大的深度学习模型。然而,将现有的BoF公式与深度特征提取器相结合会带来重大挑战:输入特征的分布是不稳定的,调整模型的超参数可能特别困难,并且BoF模型中涉及的规范化可能会在训练过程中造成显著的不稳定性。该方法通过采用一种新的自适应缩放机制,并用logistic核代替常规转炉模型中基于高斯的经典密度估计,能够克服这些局限性。在由400多万份限额订单组成的大规模金融时间序列数据集上进行了大量实验,证明了所提议方法的有效性。*尼古拉斯·帕萨利斯(Nikolaos Passalis)、朱霍·坎尼亚宁(Juho Kanniainen)和蒙塞夫·加布伊(Moncef Gabbouj)是芬兰坦佩雷大学信息技术与通信学院的学生。Anastasios Tefas是希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学信息学学院的学生。
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2022-6-11 11:32:00
Alexandros Iosi fidis就职于丹麦奥胡斯大学电气与计算机工程系。电子邮件:nikolaos。passalis@tuni.fi, tefas@csd.auth.gr,juho。kanniainen@tuni.fi,moncef。gabbouj@tuni.Fi,alexandros。iosi公司dis@eng.au.dk1时间序列预测是许多重要应用的重要组成部分,从预测金融市场的行为[5],到准确的能源负荷预测[13]。尽管如今可以从这些领域收集的大量数据为应用强大的深度学习(DL)方法提供了前所未有的机会[23、41、24],但这些数据的高维度、速度和多样性也带来了重大而独特的挑战,每种应用都必须认真应对。为此,人们提出了许多方法来分析和预测时间序列数据。例如,传统方法采用自适应距离度量,如动态时间包装[4],来处理此类任务。然而,随着DLS的出现,人们的兴趣逐渐转向使用基于神经网络的方法,包括递归和卷积结构[25,7],这似乎对处理此类数据更有效。值得注意的是,还存在其他时间序列分析方法,例如使用特征袋模型(BoF)[35]。BoF模型最近被用于高效处理大量复杂和高维时间序列[2、1、32],因为它能够分析由不同数量的特征组成的对象,并且比竞争方法更好地承受分布变化[29]。特征袋模型(BoF)涉及以下管道【35】:a)从每个输入对象中提取多个特征向量,例如图像或时间序列。
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2022-6-11 11:32:03
这一步被称为特征提取(featureextraction),它允许形成特征空间,其中每个对象都表示为一组特征向量。b) 学习一组具有代表性的特征向量(也称为码字),并将其用于量化提取的特征向量。这一步称为字典学习,而学习的码字形成字典(也称为码本)。c) 量化特征向量被聚合,以提取描述每个输入对象的语义内容/时间行为等的恒定长度表示。BoF模型能够成功地处理不同长度的对象,与其他方法相比具有重要优势,因为它允许有效地提取时间序列的恒定长度表示,而不管其实际长度如何。事实上,基于BoF的模型处理多个时间序列分析任务的能力已在文献[2、1、32]中得到证明。然而,这些方法主要使用使用简单手工特征的浅层模型,而不是使用功能更强大的深层特征提取层来提取更高级别的特征,这些特征可以更好地建模时间序列的动态【7,39】。在这项工作中,我们认为,将BoF模型与此类体系结构相结合可以显著提高时间序列预测算法的性能,因为BoF模型允许处理任意长度的时间序列,并能承受轻微的分布变化,同时使用深层特征提取器,如递归层和卷积层,允许考虑更详细的时间动态。这项工作的主要贡献是提出了一种新的袋式特性模型的logistic公式,该公式适用于时间序列预测的需要,并且可以有效地与深度神经网络相结合。
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2022-6-11 11:32:06
所提出的方法确实能够将转炉模型的优点与深度学习模型的巨大学习能力相结合,从而开发出强大的预测模型。然而,将现有的BoF公式与深度特征提取器相结合会带来巨大的挑战:输入特征的分布不是固定的,调整模型的超参数可能特别困难,而BoF公式中涉及的规范化可能会在训练过程中造成显著的不稳定性。研究发现,后者是在训练使用专家的深层模型方面存在困难的主要原因,并通过提出适当的自适应缩放方法来解决这一问题。此外,根据BoF模型的概率公式,常规BoF模型中涉及的经典基于高斯的密度估计被逻辑核所取代[3],从而进一步提高模型的性能,简化实现,而无需任何复杂的初始化方案或仔细调整任何超参数。此外,所提出的方法能够进行细粒度的时间建模,如图1所示,其中对时间序列的短期、中期和长期行为进行了建模。利用一个由400多万个限额订单组成的大规模金融时间序列数据集对所提出的方法进行了广泛评估。论文的其余部分结构如下。首先,简要介绍了相关工作,并与第2节中提出的方法进行了比较。然后,第3节介绍了所提出的方法,第4节提供了实验评估。最后,在第5.2节相关工作中得出结论。这项工作主要与使用BoF模型的时间序列分析有关。
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2022-6-11 11:32:09
近年来,越来越多的作品采用特征袋模型的变体来进行时间序列分析,例如预测、检索等。在【16】中,提出了一种基于BoF的方法,通过采用优化码本的判别目标来提取判别式表示。文献28中还使用了BoF模型的字典学习方法,以学习面向检索的表示。[17]中提出了一种用于学习动作识别表示的判别式BoF方法,而[15]中引入了一种基于dynemes的方法。其他较新的方法进一步将程序适应于时间序列分析,例如,在[2]中使用了不同长度的时间序列段,以便有效地处理翘曲,而在[1]中提出了一种采用时间建模的方法。最近,BoF模型的神经公式被用于执行时间序列分析【33】,而该方法的扩展允许更好地捕获时间序列的时间动态【32】。与文献[32]相比,在这项工作中,使用了逻辑神经BoF公式。这允许在不使用任何复杂的初始化方案和/或仔细调整任何超参数的情况下训练时间BoF模型,例如,【32】中采用的核函数的初始比例因子。此外,在这项工作中,我们研究了BoF模型与深度特征提取器相结合时的行为,并适当地设计了一种自适应缩放方法,使基于深度BoF的体系结构中的信息能够平滑流动。
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