Predicting future dynamics from short-term time series using an Anticipated Learning Machine

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作者
Chuan Chen,Rui Li,Lin Shu,Zhiyu He,Jining Wang,Chengming Zhang,Huanfei Ma,Kazuyuki Aihara,Luonan Chen
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:7 (6): 1079-1091 被引量:40
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaa025
摘要

Abstract Predicting time series has significant practical applications over different disciplines. Here, we propose an Anticipated Learning Machine (ALM) to achieve precise future-state predictions based on short-term but high-dimensional data. From non-linear dynamical systems theory, we show that ALM can transform recent correlation/spatial information of high-dimensional variables into future dynamical/temporal information of any target variable, thereby overcoming the small-sample problem and achieving multistep-ahead predictions. Since the training samples generated from high-dimensional data also include information of the unknown future values of the target variable, it is called anticipated learning. Extensive experiments on real-world data demonstrate significantly superior performances of ALM over all of the existing 12 methods. In contrast to traditional statistics-based machine learning, ALM is based on non-linear dynamics, thus opening a new way for dynamics-based machine learning.
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