Time Series Forecasting Based on Improved Multilinear Trend Fuzzy Information Granules for Convolutional Neural Networks

时间序列 系列(地层学) 人工神经网络 卷积神经网络 计算机科学 人工智能 模糊逻辑 机器学习 模式识别(心理学) 数据挖掘 生物 古生物学
作者
Ronghua Zhang,Jianming Zhan,Weiping Ding,Witold Pedrycz
出处
期刊:IEEE Transactions on Fuzzy Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33 (3): 1009-1023 被引量:14
标识
DOI:10.1109/tfuzz.2024.3504486
摘要

Although the construction of multilinear trend fuzzy information granules (FIG) achieves a win–win situation in terms of interpretability and trend extraction, in its second stage of segmentation, the equal-length segmentation will result in the loss of local trend. The granulation effect will further affect the forecasting performance of the time series. To this end, this article establishes a convolutional neural network (CNN) prediction method based on improved multilinear trend FIGs. First, considering the natural cycle characteristics of the time series, this article establishes a time series segmentation algorithm based on the valley points, which replaces the equal-length segmentation in the second stage of the construction of the multilinear trend FIGs, thus enhancing the interpretability of the granulation process. Later, an evaluation index of Gaussian fuzzy information granules (GLFIGs) is proposed for improving the trend extraction effect of each multilinear trend FIG. Since the multilinear trend FIGs are constructed in the natural period segment, in order to fully exploit the correlation of the corresponding positions of each granule to enhance the prediction accuracy, a GLFIG correspondence algorithm based on the segmentation and merging is introduced in this article. Finally, CNN is selected as the prediction model based on the data characteristics. We conduct experiments on six datasets and two artificial cycle datasets, and compare the constructed model with commonly used prediction models and the latest granularity model. At last, the experiments reveal that our model performs better.
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