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AR-KAN: Autoregressive-Weight-Enhanced Kolmogorov-Arnold Network for Time Series Forecasting

Created by
  • Haebom

저자

Chen Zeng, Tiehang Xu, Qiao Wang

개요

본 논문은 기존 신경망이 복잡한 신호의 스펙트럼 구조를 포착하는 데 어려움을 겪는다는 점을 지적하며, 특히 거의 주기적이지만 비공명 주파수를 갖는 실제 신호에서는 더욱 어려움을 겪는다는 점을 언급합니다. 기존 연구에서 ARIMA 모델이 대규모 언어 모델보다 시계열 예측에서 우수하다는 점을 바탕으로, 본 논문은 신경망 예측 모델과 ARIMA 모델을 비교 분석하고, ARIMA 모델의 우수성을 확인합니다. 따라서, 시간적 기억을 위한 사전 훈련된 AR 모듈과 비선형 표현을 위한 KAN을 통합한 새로운 모델인 Autoregressive-Weight-Enhanced Kolmogorov-Arnold Network (AR-KAN)을 제안합니다. AR 모듈은 필수적인 시간적 특징을 보존하면서 중복성을 줄이는 역할을 합니다. 실험 결과, AR-KAN은 거의 주기적인 함수에서 ARIMA와 유사한 성능을 보였으며, Rdatasets 시계열 데이터의 72%에서 최상의 결과를 달성하여 특히 주기적 구조를 갖는 데이터에서 큰 장점을 보였습니다. 이를 통해 AR-KAN이 강력하고 효과적인 시계열 예측 프레임워크임을 보여줍니다.

시사점, 한계점

시사점:
ARIMA 모델의 우수성을 신경망 기반 모델과의 비교를 통해 재확인.
AR-KAN 모델이 주기적 구조를 갖는 시계열 데이터 예측에 효과적임을 증명.
시간적 기억과 비선형 표현을 효과적으로 결합한 새로운 시계열 예측 프레임워크 제시.
Rdatasets 시계열 데이터의 상당 부분에서 최고 성능 달성.
한계점:
AR-KAN 모델이 모든 종류의 시계열 데이터에 대해 ARIMA보다 우수하다고 단정하기 어려움 (Rdatasets의 72%에서만 우수한 성능).
AR-KAN 모델의 성능 개선을 위한 추가적인 연구 필요.
사용된 데이터셋의 일반화 가능성에 대한 추가적인 검토 필요.
비주기적 데이터에 대한 AR-KAN의 성능 분석이 부족.
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