Real-time and human-interpretable decision-making in cyber-physical systems is a significant but challenging task, which usually requires predictions of possible future events from limited data. In this paper, we introduce a time-incremental learning framework: given a dataset of labeled signal traces with a common time horizon, we propose a method to predict the label of a signal that is received incrementally over time, referred to as prefix signal. Prefix signals are the signals that are being observed as they are generated, and their time length is shorter than the common horizon of signals. We present a novel decision-tree based approach to generate a finite number of Signal Temporal Logic (STL) specifications from the given dataset, and construct a predictor based on them. Each STL specification, as a binary classifier of time-series data, captures the temporal properties of the dataset over time. The predictor is constructed by assigning time-variant weights to the STL formulas. The weights are learned by using neural networks, with the goal of minimizing the misclassification rate for the prefix signals defined over the given dataset. The learned predictor is used to predict the label of a prefix signal, by computing the weighted sum of the robustness of the prefix signal with respect to each STL formula. The effectiveness and classification performance of our algorithm are evaluated on an urban-driving and a naval-surveillance case studies.


翻译:网络物理系统中的实时和人为解释性决策是一项重要但具有挑战性的任务,通常需要根据有限数据对未来可能发生的事件作出预测。在本文中,我们引入了一个时间强化学习框架:给一个带有共同时间跨度的标记信号痕迹数据集,我们提出一个方法来预测一个逐渐逐渐收到的信号标签,称为前缀信号。前缀信号是正在观察到的信号,其时间长度比共同的海上信号范围要短。我们提出了一个基于决策树的新办法,从给定数据集中产生数量有限的信号温度逻辑(STL)规格,并据此建立预测器。每个STL规格,作为时间序列数据的二进制分类,捕捉到数据集随时间逐渐逐渐收到的信号标记的时间特性。预测器通过给STL公式分配时间变数权重权重来构建。通过神经网络来学习其重量,目标是将给定的准确性能预估定的准确度信号比值的准确度比值降低,并且根据给定的准确性标度,根据给定的准确性指标前程,通过使用一个预估测测测的准确性数据。

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