論文の概要: STGformer: Efficient Spatiotemporal Graph Transformer for Traffic Forecasting

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.00385v2
• Date: Tue, 15 Oct 2024 05:44:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-05 05:56:31.266140
• Title: STGformer: Efficient Spatiotemporal Graph Transformer for Traffic Forecasting
• Title（参考訳）: STGformer: トラフィック予測のための効率的な時空間グラフ変換器
• Authors: Hongjun Wang, Jiyuan Chen, Tong Pan, Zheng Dong, Lingyu Zhang, Renhe Jiang, Xuan Song,
• Abstract要約: 交通はスマートシティマネジメントの基盤であり、効率的なアロケーションと交通計画を可能にしている。 ディープラーニングは、データの複雑な非線形パターンをキャプチャする能力を持ち、トラフィック予測の強力なツールとして登場した。 グラフニューラルネットワーク(GCN)とトランスフォーマーベースのモデルは、将来性を示しているが、その計算要求はしばしば、現実のネットワークへの応用を妨げる。 本稿では,管理可能な計算フットプリントを維持しつつ,グローバルおよびローカルの両方のトラフィックパターンの効率的なモデリングを可能にする新しいテンポラルグラフトランスフォーマー(STG)アーキテクチャを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.208740750755025
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Traffic forecasting is a cornerstone of smart city management, enabling efficient resource allocation and transportation planning. Deep learning, with its ability to capture complex nonlinear patterns in spatiotemporal (ST) data, has emerged as a powerful tool for traffic forecasting. While graph neural networks (GCNs) and transformer-based models have shown promise, their computational demands often hinder their application to real-world road networks, particularly those with large-scale spatiotemporal interactions. To address these challenges, we propose a novel spatiotemporal graph transformer (STGformer) architecture. STGformer effectively balances the strengths of GCNs and Transformers, enabling efficient modeling of both global and local traffic patterns while maintaining a manageable computational footprint. Unlike traditional approaches that require multiple attention layers, STG attention block captures high-order spatiotemporal interactions in a single layer, significantly reducing computational cost. In particular, STGformer achieves a 100x speedup and a 99.8\% reduction in GPU memory usage compared to STAEformer during batch inference on a California road graph with 8,600 sensors. We evaluate STGformer on the LargeST benchmark and demonstrate its superiority over state-of-the-art Transformer-based methods such as PDFormer and STAEformer, which underline STGformer's potential to revolutionize traffic forecasting by overcoming the computational and memory limitations of existing approaches, making it a promising foundation for future spatiotemporal modeling tasks.
• Abstract（参考訳）: 交通予測はスマートシティマネジメントの基盤であり、効率的な資源配分と交通計画を可能にしている。 深層学習は、時空間(ST)データで複雑な非線形パターンをキャプチャする能力を持ち、交通予測の強力なツールとして登場した。 グラフニューラルネットワーク(GCN)とトランスフォーマーベースのモデルは将来性を示しているが、その計算要求はしばしば現実の道路ネットワーク、特に大規模な時空間相互作用を持つものへの応用を妨げる。 これらの課題に対処するために,新しい時空間グラフ変換器(STGformer)アーキテクチャを提案する。 STGformerはGCNとTransformerの強度を効果的にバランスさせ、管理可能な計算フットプリントを維持しながら、グローバルとローカルの両方のトラフィックパターンの効率的なモデリングを可能にする。 複数の注意層を必要とする従来のアプローチとは異なり、STGアテンションブロックは1層の高次時空間相互作用を捕捉し、計算コストを大幅に削減する。 特にSTGformerは、カリフォルニアの道路グラフ上の8600のセンサーによるバッチ推論において、STAEformerと比較して、100倍のスピードアップと99.8倍のGPUメモリ使用率の削減を実現している。 我々は,STGformerをLargeSTベンチマーク上で評価し,既存の手法の計算およびメモリ制限を克服し,STGformerがトラヒック予測に革命をもたらす可能性を示すPDFormerやSTAEformerのような最先端のTransformerベースの手法よりも優れていることを示す。

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