Sensors in cyber-physical systems often capture interconnected processes and thus emit correlated time series (CTS), the forecasting of which enables important applications. The key to successful CTS forecasting is to uncover the temporal dynamics of time series and the spatial correlations among time series. Deep learning-based solutions exhibit impressive performance at discerning these aspects. In particular, automated CTS forecasting, where the design of an optimal deep learning architecture is automated, enables forecasting accuracy that surpasses what has been achieved by manual approaches. However, automated CTS solutions remain in their infancy and are only able to find optimal architectures for predefined hyperparameters and scale poorly to large-scale CTS. To overcome these limitations, we propose SEARCH, a joint, scalable framework, to automatically devise effective CTS forecasting models. Specifically, we encode each candidate architecture and accompanying hyperparameters into a joint graph representation. We introduce an efficient Architecture-Hyperparameter Comparator (AHC) to rank all architecture-hyperparameter pairs, and we then further evaluate the top-ranked pairs to select a final result. Extensive experiments on six benchmark datasets demonstrate that SEARCH not only eliminates manual efforts but also is capable of better performance than manually designed and existing automatically designed CTS models. In addition, it shows excellent scalability to large CTS.

相关时间序列（CTS）预测在许多网络物理系统中起着重要作用，其中多个传感器发出捕获互连过程的时间序列。基于深度学习的解决方案，即提供最先进的CTS预测性能，采用各种时空（ST）块，能够在时间序列之间模拟时间依赖性和空间相关性。但是，仍然存在两个挑战。首先，ST-Blocks手动设计，这是耗时和昂贵的。其次，现有预测模型只需多次堆叠相同的ST块，这限制了模型潜力。为了解决这些挑战，我们提出了能够自动识别高竞争力的ST-Blocks以及使用不同拓扑连接的异构ST-Block的预测模型，而不是使用简单堆叠连接的相同的ST-Block。具体而言，我们设计微型和宏搜索空间，以模拟ST-Blocks的架构和异构ST-Block之间的连接，并且我们提供了一种能够共同探索搜索空间来识别最佳预测模型的搜索策略。关于八个常用CTS预测基准数据集的广泛实验可以证明我们的设计选择，并证明AutoCTS能够自动发现智能现有人设计型号的预测模型。这是“AutoCTS：自动相关时间序列预测”“的扩展版本，以显示在PVLDB 2022中。

多变量时间序列（MTS）预测在许多智能应用中引起了很多关注。它不是一个琐碎的任务，因为我们需要考虑一个可变的依赖关系和可变间依赖关系。但是，现有的作品是针对特定场景设计的，需要很多域知识和专家努力，这难以在不同的场景之间传输。在本文中，我们提出了一种尺度意识的神经结构，用于MTS预测（SNAS4MTF）的搜索框架。多尺度分解模块将原始时间序列转换为多尺度子系列，可以保留多尺度的时间模式。自适应图形学习模块在没有任何先前知识的情况下，在不同的时间尺度下递送不同的变量间依赖关系。对于MTS预测，搜索空间旨在在每次尺度上捕获可变的可变依赖性和可变间依赖关系。在端到端框架中共同学习多尺度分解，自适应图学习和神经架构搜索模块。两个现实世界数据集的大量实验表明，与最先进的方法相比，SNAS4MTF实现了有希望的性能。

Modeling multivariate time series has long been a subject that has attracted researchers from a diverse range of fields including economics, finance, and traffic. A basic assumption behind multivariate time series forecasting is that its variables depend on one another but, upon looking closely, it's fair to say that existing methods fail to fully exploit latent spatial dependencies between pairs of variables. In recent years, meanwhile, graph neural networks (GNNs) have shown high capability in handling relational dependencies. GNNs require well-defined graph structures for information propagation which means they cannot be applied directly for multivariate time series where the dependencies are not known in advance. In this paper, we propose a general graph neural network framework designed specifically for multivariate time series data. Our approach automatically extracts the uni-directed relations among variables through a graph learning module, into which external knowledge like variable attributes can be easily integrated. A novel mix-hop propagation layer and a dilated inception layer are further proposed to capture the spatial and temporal dependencies within the time series. The graph learning, graph convolution, and temporal convolution modules are jointly learned in an end-to-end framework. Experimental results show that our proposed model outperforms the state-of-the-art baseline methods on 3 of 4 benchmark datasets and achieves on-par performance with other approaches on two traffic datasets which provide extra structural information. CCS CONCEPTS• Computing methodologies → Neural networks; Artificial intelligence.

最近的研究侧重于制定流量预测作为一种时空图形建模问题。它们通常在每个时间步骤构造静态空间图，然后将每个节点连接在相邻时间步骤之间以构造时空图形。在这样的图形中，不同时间步骤的不同节点之间的相关性未明确地反映，这可以限制图形神经网络的学习能力。同时，这些模型在不同时间步骤中使用相同的邻接矩阵时，忽略节点之间的动态时空相关性。为了克服这些限制，我们提出了一种时空关节图卷积网络（StJGCN），用于交通预测在公路网络上的几个时间上限。具体地，我们在任何两个时间步长之间构造预定的和自适应时空关节图（STJG），这代表了全面和动态的时空相关性。我们进一步设计了STJG上的扩张因果时空关节图卷积层，以捕获与多个范围不同的视角的时空依赖关系。提出了一种多范围注意机制来聚合不同范围的信息。四个公共交通数据集的实验表明，STJGCN是计算的高效和优于11个最先进的基线方法。

由于运输网络中复杂的时空依赖性，准确的交通预测是智能运输系统中一项艰巨的任务。许多现有的作品利用复杂的时间建模方法与图形卷积网络（GCN）合并，以捕获短期和长期时空依赖性。但是，这些具有复杂设计的分离模块可以限制时空表示学习的有效性和效率。此外，大多数以前的作品都采用固定的图形构造方法来表征全局时空关系，这限制了模型在不同时间段甚至不同的数据方案中的学习能力。为了克服这些局限性，我们提出了一个自动扩张的时空同步图网络，称为Auto-DSTSGN用于流量预测。具体而言，我们设计了自动扩张的时空同步图（自动-DSTSG）模块，以捕获短期和长期时空相关性，通过在增加顺序的扩张因子中堆叠更深的层。此外，我们提出了一种图形结构搜索方法，以自动构建可以适应不同数据方案的时空同步图。在四个现实世界数据集上进行的广泛实验表明，与最先进的方法相比，我们的模型可以取得约10％的改善。源代码可在https://github.com/jinguangyin/auto-dstsgn上找到。

我们都取决于流动性，车辆运输会影响我们大多数人的日常生活。因此，预测道路网络中流量状态的能力是一项重要的功能和具有挑战性的任务。流量数据通常是从部署在道路网络中的传感器获得的。关于时空图神经网络的最新建议通过将流量数据建模为扩散过程，在交通数据中建模复杂的时空相关性方面取得了巨大进展。但是，直观地，流量数据包含两种不同类型的隐藏时间序列信号，即扩散信号和固有信号。不幸的是，几乎所有以前的作品都将交通信号完全视为扩散的结果，同时忽略了固有的信号，这会对模型性能产生负面影响。为了提高建模性能，我们提出了一种新型的脱钩时空框架（DSTF），该框架以数据驱动的方式将扩散和固有的交通信息分开，其中包含独特的估计门和残差分解机制。分离的信号随后可以通过扩散和固有模块分别处理。此外，我们提出了DSTF的实例化，分离的动态时空图神经网络（D2STGNN），可捕获时空相关性，还具有动态图学习模块，该模块针对学习流量网络动态特征的学习。使用四个现实世界流量数据集进行的广泛实验表明，该框架能够推进最先进的框架。

由于动态和复杂的时空依赖性，交通预测具有挑战性。但是，现有方法仍然受到两个关键局限性。首先，许多方法通常使用静态预定义或自适应的空间图来捕获流量系统中动态的时空依赖性，这限制了灵活性，并且仅捕获了整个时间的共享模式，从而导致了次优性能。此外，大多数方法在每个时间步骤中都单独和独立地考虑地面真理与预测之间的绝对误差，这无法维持整体时间序列的全球属性和统计数据，并导致地面真相和预测之间的趋势差异。为此，在本文中，我们提出了一个动态自适应和对抗图卷积网络（DAAGCN），该网络将图形卷积网络（GCN）与生成的对抗网络（GANS）结合在一起，以进行流量预测。具体而言，DAAGCN利用带栅极模块的通用范式将时间变化的嵌入与节点嵌入集成在一起，以生成动态自适应图，以在每个时间步骤中推断空间 - 周期依赖性。然后，设计了两个歧视因子，以维持预测时间序列的全局属性的一致性，并在序列和图形级别上具有地面真相。在四个基准数据集上进行的广泛实验表明，DAAGCN的表现平均比最新的5.05％，3.80％和5.27％在MAE，RMSE和MAPE方面，同时加快收敛性高达9倍。代码可从https://github.com/juyongjiang/daagcn获得。

多元时间序列（MTS）预测在广泛的应用中起着至关重要的作用。最近，时空图神经网络（STGNN）已成为越来越流行的MTS预测方法。 STGNN通过图神经网络和顺序模型共同对MTS的空间和时间模式进行建模，从而显着提高了预测准确性。但是受模型复杂性的限制，大多数STGNN仅考虑短期历史MTS数据，例如过去一个小时的数据。但是，需要根据长期的历史MTS数据来分析时间序列的模式及其之间的依赖关系（即时间和空间模式）。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的框架，其中STGNN通过可扩展的时间序列预训练模型（步骤）增强。具体而言，我们设计了一个预训练模型，以从非常长期的历史时间序列（例如，过去两周）中有效地学习时间模式并生成细分级表示。这些表示为短期时间序列输入到STGNN提供了上下文信息，并促进了时间序列之间的建模依赖关系。三个公共现实世界数据集的实验表明，我们的框架能够显着增强下游STGNN，并且我们的训练前模型可恰当地捕获时间模式。

交通预测对于新时代智能城市的交通建设至关重要。但是，流量数据的复杂空间和时间依赖性使流量预测极具挑战性。大多数现有的流量预测方法都依赖于预定义的邻接矩阵来对时空依赖性建模。但是，道路交通状态是高度实时的，因此邻接矩阵应随着时间的推移而动态变化。本文介绍了一个新的多空间融合图复发网络（MSTFGRN），以解决上述问题。该网络提出了一种数据驱动的加权邻接矩阵生成方法，以补偿预定义的邻接矩阵未反映的实时空间依赖性。它还通过在不同矩的平行时空关系上执行新的双向时空融合操作来有效地学习隐藏的时空依赖性。最后，通过将全局注意机制集成到时空融合模块中，同时捕获了全局时空依赖性。对四个大型现实世界流量数据集进行的广泛试验表明，与替代基线相比，我们的方法实现了最先进的性能。

最近，深度学习方法在交通预测方面取得了长足的进步，但它们的性能取决于大量的历史数据。实际上，我们可能会面临数据稀缺问题。在这种情况下，深度学习模型无法获得令人满意的性能。转移学习是解决数据稀缺问题的一种有前途的方法。但是，流量预测中现有的转移学习方法主要基于常规网格数据，这不适用于流量网络中固有的图形数据。此外，现有的基于图的模型只能在道路网络中捕获共享的流量模式，以及如何学习节点特定模式也是一个挑战。在本文中，我们提出了一种新颖的传输学习方法来解决流量预测，几乎可以将知识从数据富的源域转移到数据范围的目标域。首先，提出了一个空间图形神经网络，该网络可以捕获不同道路网络的节点特异性时空交通模式。然后，为了提高转移的鲁棒性，我们设计了一种基于模式的转移策略，我们利用基于聚类的机制来提炼源域中的常见时空模式，并使用这些知识进一步提高了预测性能目标域。现实世界数据集的实验验证了我们方法的有效性。

图表上的交通流量预测在许多字段（例如运输系统和计算机网络）中具有现实世界应用。由于复杂的时空相关性和非线性交通模式，交通预测可能是高度挑战的。现有的作品主要是通过分别考虑空间相关性和时间相关性来模拟此类时空依赖性的模型，并且无法对直接的时空相关性进行建模。受到图形域中变形金刚最近成功的启发，在本文中，我们建议使用局部多头自我攻击直接建模时空图上的跨空间相关性。为了降低时间的复杂性，我们将注意力接收场设置为空间相邻的节点，还引入了自适应图以捕获隐藏的空间范围依赖性。基于这些注意机制，我们提出了一种新型的自适应图形时空变压器网络（ASTTN），该网络堆叠了多个时空注意层以在输入图上应用自我注意力，然后是线性层进行预测。公共交通网络数据集，Metr-La PEMS-Bay，PEMSD4和PEMSD7的实验结果证明了我们模型的出色性能。

由于流量大数据的增加，交通预测逐渐引起了研究人员的注意力。因此，如何在交通数据中挖掘复杂的时空相关性以预测交通状况更准确地成为难题。以前的作品组合图形卷积网络（GCNS）和具有深度序列模型的自我关注机制（例如，复发性神经网络），分别捕获时空相关性，忽略时间和空间的关系。此外，GCNS受到过平滑问题的限制，自我关注受到二次问题的限制，导致GCN缺乏全局代表能力，自我注意力效率低下捕获全球空间依赖性。在本文中，我们提出了一种新颖的交通预测深入学习模型，命名为多语境意识的时空关节线性关注（STJLA），其对时空关节图应用线性关注以捕获所有时空之间的全球依赖性节点有效。更具体地，STJLA利用静态结构上下文和动态语义上下文来提高模型性能。基于Node2VEC和单热编码的静态结构上下文丰富了时空位置信息。此外，基于多头扩散卷积网络的动态空间上下文增强了局部空间感知能力，并且基于GRU的动态时间上下文分别稳定了线性关注的序列位置信息。在两个现实世界交通数据集，英格兰和PEMSD7上的实验表明，我们的Stjla可以获得高达9.83％和3.08％，在最先进的基线上的衡量标准的准确性提高。

最近的研究表明，在将图神经网络应用于多元时间序列预测中，其中时间序列的相互作用被描述为图形结构，并且变量表示为图节点。沿着这一行，现有方法通常假定确定图神经网络的聚合方式的图形结构（或邻接矩阵）是根据定义或自学来固定的。但是，变量的相互作用在现实情况下可以是动态的和进化的。此外，如果在不同的时间尺度上观察到时间序列的相互作用序列的相互作用大不相同。为了使图形神经网络具有灵活而实用的图结构，在本文中，我们研究了如何对时间序列的进化和多尺度相互作用进行建模。特别是，我们首先提供与扩张的卷积配合的层次图结构，以捕获时间序列之间的比例特定相关性。然后，以经常性的方式构建了一系列邻接矩阵，以表示每一层的不断发展的相关性。此外，提供了一个统一的神经网络来集成上述组件以获得最终预测。这样，我们可以同时捕获成对的相关性和时间依赖性。最后，对单步和多步骤预测任务的实验证明了我们方法比最新方法的优越性。

使用图形卷积网络（GCN）构建时空网络已成为预测交通信号的最流行方法之一。但是，当使用GCN进行交通速度预测时，常规方法通常将传感器之间的关系作为均匀图，并使用传感器累积的数据来学习邻接矩阵。但是，传感器之间的空间相关性并未指定为一个，而是从各种观点方面定义不同。为此，我们旨在研究流量信号数据中固有的异质特征，以以各种方式学习传感器之间的隐藏关系。具体而言，我们设计了一种方法来通过将传感器之间的空间关系分为静态和动态模块来构造每个模块的异质图。我们提出了一个基于网络分散注意力的基于异质性 - 感知图形卷积网络（HAGCN）方法，该方法通过在异质图中考虑每个通道的重要性来汇总相邻节点的隐藏状态。实际流量数据集的实验结果验证了所提出的方法的有效性，比现有模型取得了6.35％的改善，并实现了最先进的预测性能。

准确的实时流量预测对于智能运输系统（ITS）至关重要，它是各种智能移动应用程序的基石。尽管该研究领域以深度学习为主，但最近的研究表明，开发新模型结构的准确性提高正变得边缘。取而代之的是，我们设想可以通过在具有不同数据分布和网络拓扑的城市之间转移“与预测相关的知识”来实现改进。为此，本文旨在提出一个新型的可转移流量预测框架：域对抗空间 - 颞网（DASTNET）。 Dastnet已在多个源网络上进行了预训练，并通过目标网络的流量数据进行了微调。具体而言，我们利用图表表示学习和对抗域的适应技术来学习域不变的节点嵌入，这些嵌入式嵌入将进一步合并以建模时间流量数据。据我们所知，我们是第一个使用对抗性多域改编来解决网络范围的流量预测问题的人。 Dastnet始终优于三个基准数据集上的所有最新基线方法。训练有素的dastnet应用于香港的新交通探测器，并且在可用的探测器可用时（一天之内）可以立即（在一天之内）提供准确的交通预测。总体而言，这项研究提出了一种增强交通预测方法的替代方法，并为缺乏历史流量数据的城市提供了实际含义。

Traffic forecasting has attracted widespread attention recently. In reality, traffic data usually contains missing values due to sensor or communication errors. The Spatio-temporal feature in traffic data brings more challenges for processing such missing values, for which the classic techniques (e.g., data imputations) are limited: 1) in temporal axis, the values can be randomly or consecutively missing; 2) in spatial axis, the missing values can happen on one single sensor or on multiple sensors simultaneously. Recent models powered by Graph Neural Networks achieved satisfying performance on traffic forecasting tasks. However, few of them are applicable to such a complex missing-value context. To this end, we propose GCN-M, a Graph Convolutional Network model with the ability to handle the complex missing values in the Spatio-temporal context. Particularly, we jointly model the missing value processing and traffic forecasting tasks, considering both local Spatio-temporal features and global historical patterns in an attention-based memory network. We propose as well a dynamic graph learning module based on the learned local-global features. The experimental results on real-life datasets show the reliability of our proposed method.

本文旨在统一非欧几里得空间中的空间依赖性和时间依赖性，同时捕获流量数据的内部空间依赖性。对于具有拓扑结构的时空属性实体，时空是连续的和统一的，而每个节点的当前状态都受到每个邻居的变异时期的邻居的过去状态的影响。大多数用于流量预测研究的空间依赖性和时间相关性的空间神经网络在处理中分别损害了时空完整性，而忽略了邻居节点的时间依赖期可以延迟和动态的事实。为了建模这种实际条件，我们提出了一种新型的空间 - 周期性图神经网络，将空间和时间视为不可分割的整体，以挖掘时空图，同时通过消息传播机制利用每个节点的发展时空依赖性。进行消融和参数研究的实验已经验证了拟议的遍及术的有效性，并且可以从https://github.com/nnzhan/traversenet中找到详细的实现。

学术界和工业广泛研究了图形机器学习。然而，作为图表学习繁荣的文献，具有大量的新兴方法和技术，它越来越难以手动设计用于不同的图形相关任务的最佳机器学习算法。为了解决挑战，自动化图形机器学习，目的是在没有手动设计的不同图表任务/数据中发现最好的图形任务/数据的最佳超参数和神经架构配置，正在增加研究界的越来越多的关注。在本文中，我们广泛地讨论了自动化图形机方法，涵盖了用于图形机学习的超参数优化（HPO）和神经架构搜索（NAS）。我们简要概述了专为Traph Machine学习或自动化机器学习而设计的现有库，进一步深入介绍AutoGL，我们的专用和世界上第一个用于自动图形机器学习的开放源库。最后但并非最不重要的是，我们分享了对自动图形机学习的未来研究方向的见解。本文是对自动图形机学习的方法，图书馆以及方向的第一个系统和全面讨论。

Spatio-temporal modeling as a canonical task of multivariate time series forecasting has been a significant research topic in AI community. To address the underlying heterogeneity and non-stationarity implied in the graph streams, in this study, we propose Spatio-Temporal Meta-Graph Learning as a novel Graph Structure Learning mechanism on spatio-temporal data. Specifically, we implement this idea into Meta-Graph Convolutional Recurrent Network (MegaCRN) by plugging the Meta-Graph Learner powered by a Meta-Node Bank into GCRN encoder-decoder. We conduct a comprehensive evaluation on two benchmark datasets (METR-LA and PEMS-BAY) and a large-scale spatio-temporal dataset that contains a variaty of non-stationary phenomena. Our model outperformed the state-of-the-arts to a large degree on all three datasets (over 27% MAE and 34% RMSE). Besides, through a series of qualitative evaluations, we demonstrate that our model can explicitly disentangle locations and time slots with different patterns and be robustly adaptive to different anomalous situations. Codes and datasets are available at https://github.com/deepkashiwa20/MegaCRN.