参数高效的量子启发式快速权重编程器用于流量矩阵预测

Hugging Face Daily Papers 论文

摘要

本文提出了量子启发式循环模型(QKAN-FWPs)用于流量矩阵预测,与LSTM基线相比,以更少的参数显示出优越的准确性。

流量矩阵(TM)捕捉网络范围的起点-终点需求,是流量工程的核心。然而,当预测必须在在线网络控制的内存、更新和训练预算约束下进行时,准确的全矩阵预测仍然具有挑战性。本文研究了紧凑的量子启发式循环模型是否能够在没有专用图、Transformer或扩散模块的情况下提供有效的TM预测。我们将门控量子启发式Kolmogorov-Arnold网络快速权重编程器(QKAN-FWPs)适应于直接多步Abilene TM预测,其中每个模型从两小时历史数据中预测下一个20个五分钟帧的144通道起点-终点(OD)矩阵。我们在共享固定预算训练协议下,将三种QKAN配置变体与同等大小的长短期记忆(LSTM)网络、更大的LSTM以及经典门控快速权重编程器进行基准测试。在评估的循环模型中,G-QKANFWP实现了最佳的汇集均方根误差(RMSE),同时仅使用更大LSTM的22.4%的参数。它还优于同等大小的LSTM和经典G-FWP基线,表明增益不仅仅来自门控快速权重框架。收敛性和通道分析进一步表明,量子启发式变体在验证损失的学习曲线下面积(AULC)上优于同等大小的循环基线,而G-QKANFWP和GQKAN-FWP获得了显著更多的OD通道胜利。这些结果表明,经典慢速编程器与量子启发式快速编程器相结合,是资源紧张的流量矩阵预测中一种有前途的精度-效率设计。
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论文页面 - 面向流量矩阵预测的参数高效量子启发式快速权重编程器

来源:https://huggingface.co/papers/2606.27821

摘要

采用门控 QKAN-FWP 的量子启发式循环模型在流量矩阵预测中展现出优越的预测精度,同时相比传统 LSTM 网络降低了计算需求。

流量矩阵 (https://huggingface.co/papers?q=Traffic%20matrices) (TM) 捕捉全网始发-目的地需求,是流量工程的核心,然而当预测必须在在线网络控制的内存、更新和训练预算约束下进行时,实现准确的整矩阵预测仍然具有挑战性。本文探讨了紧凑型量子启发式循环模型 (https://huggingface.co/papers?q=quantum-inspired%20recurrent%20models) 能否在不依赖专用图、Transformer 或扩散模块的情况下提供有效的 TM 预测。我们将门控量子启发式 Kolmogorov-Arnold 网络快速权重编程器 (https://huggingface.co/papers?q=gated%20quantum-inspired%20Kolmogorov-Arnold%20network%20fast-weight%20programmers) (QKAN-FWP (https://huggingface.co/papers?q=QKAN-FWPs)) 适配到直接多步 Abilene TM 预测任务,每个模型根据两小时的历史数据预测下一个 20 个五分钟帧的 144 通道 OD 矩阵。我们在共享固定预算训练协议下,将三种 QKAN 放置变体与同等规模的LSTM (https://huggingface.co/papers?q=LSTM) 网络、一个更大规模的LSTM (https://huggingface.co/papers?q=LSTM) 以及一个经典的门控快速权重编程器 (https://huggingface.co/papers?q=classical%20gated%20fast-weight%20programmer) 进行基准测试。在所有评估的循环模型中,G-QKANFWP 取得了最佳的合并均方根误差 (https://huggingface.co/papers?q=root-mean-square%20error) (RMSE),同时仅使用了更大规模LSTM (https://huggingface.co/papers?q=LSTM) 的 22.4% 的参数。它还优于同等规模的LSTM (https://huggingface.co/papers?q=LSTM) 和经典 G-FWP 基线,表明增益并非仅来自门控快速权重框架。收敛性和逐通道分析进一步表明,量子启发式变体在验证损失-学习曲线面积 (AULC (https://huggingface.co/papers?q=AULC)) 上低于同等规模的循环基线,而 G-QKANFWP 和 GQKAN-FWP 在 OD 通道上的胜场显著更多。这些结果识别出经典慢速编程器与量子启发式快速编程器相结合的架构,是面向资源受限的网络流量矩阵预测的一种有前景的精度-效率设计方案。

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