TIMED:拡散に基づく時系列生成の敵対的かつ自己回帰的改良

TIMED:拡散に基づく時系列生成の敵対的かつ自己回帰的改良

なぜ重要か: 企業や社会への影響が見込まれ、一般メディアにも波及する可能性があります。

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arXiv:2509.19638v1 発表種別:新規

要約:高品質な合成時系列データを生成することは、予測や異常検知など、実データが不足、ノイズ混入、または収集コストが高い分野において、基本的でありながら困難な課題です。静的データ生成とは異なり、時系列の合成には、観測値の周辺分布と、逐次的なダイナミクスを支配する条件付き時間依存性の両方をモデル化する必要があります。本稿では、前方-後方拡散過程を通じてグローバル構造を捉えるノイズ除去拡散確率モデル(DDPM)、教師強制を用いて次のステップ予測を通じて自己回帰依存性を学習する教師ネットワーク、および時間的滑らかさと忠実性を確保するための敵対的フィードバックを提供するWassersteinクリティックを統合した、統一的な生成フレームワークTIMEDを提案します。さらに、実分布と合成分布の特徴空間における整合性を高めるために、TIMEDは最大平均不一致(MMD)損失を取り入れ、多様性とサンプル品質の両方を向上させます。すべての構成要素は、シーケンスモデリングに最適化されたマスク付きアテンションアーキテクチャを使用して構築され、時系列データの無条件的および条件的側面の両方を効果的に捉えるために共同で学習されます。多様な多変量時系列ベンチマークにおける実験結果は、TIMEDが最先端の生成モデルよりも現実的で時間的に整合性のあるシーケンスを生成することを示しています。

原文(英語)を表示

Title (EN): TIMED: Adversarial and Autoregressive Refinement of Diffusion-Based Time Series Generation

arXiv:2509.19638v1 Announce Type: new
Abstract: Generating high-quality synthetic time series is a fundamental yet challenging task across domains such as forecasting and anomaly detection, where real data can be scarce, noisy, or costly to collect. Unlike static data generation, synthesizing time series requires modeling both the marginal distribution of observations and the conditional temporal dependencies that govern sequential dynamics. We propose TIMED, a unified generative framework that integrates a denoising diffusion probabilistic model (DDPM) to capture global structure via a forward-reverse diffusion process, a supervisor network trained with teacher forcing to learn autoregressive dependencies through next-step prediction, and a Wasserstein critic that provides adversarial feedback to ensure temporal smoothness and fidelity. To further align the real and synthetic distributions in feature space, TIMED incorporates a Maximum Mean Discrepancy (MMD) loss, promoting both diversity and sample quality. All components are built using masked attention architectures optimized for sequence modeling and are trained jointly to effectively capture both unconditional and conditional aspects of time series data. Experimental results across diverse multivariate time series benchmarks demonstrate that TIMED generates more realistic and temporally coherent sequences than state-of-the-art generative models.

Published: 2025-09-24 19:00 UTC


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