While deep learning has achieved impressive performance in time series forecasting, it becomes increasingly crucial to understand its decision-making process for building trust in high-stakes scenarios. Existing interpretable models often provide only local and partial explanations, lacking the capability to reveal how heterogeneous and interacting input variables jointly shape the overall temporal patterns in the forecast curve. We propose ProtoTS, a novel interpretable forecasting framework that achieves both high accuracy and transparent decision-making through modeling prototypical temporal patterns. ProtoTS computes instance-prototype similarity based on a denoised representation that preserves abundant heterogeneous information. The prototypes are organized hierarchically to capture global temporal patterns with coarse prototypes while capturing finer-grained local variations with detailed prototypes, enabling expert steering and multi-level interpretability. Experiments on multiple realistic benchmarks, including a newly released LOF dataset, show that ProtoTS not only exceeds existing methods in forecast accuracy but also delivers expert-steerable interpretations for better model understanding and decision support.


翻译:尽管深度学习在时间序列预测中取得了令人瞩目的性能,但在高风险场景中,理解其决策过程对于建立信任变得日益关键。现有的可解释模型通常仅提供局部和片面的解释,缺乏揭示异质且相互作用的输入变量如何共同塑造预测曲线中整体时间模式的能力。我们提出了ProtoTS,一种新颖的可解释预测框架,它通过建模原型时间模式,实现了高精度和透明的决策。ProtoTS基于一个保留丰富异质信息的去噪表示来计算实例-原型相似性。原型被分层组织,以粗粒度原型捕获全局时间模式,同时以细粒度原型捕获局部变化,从而实现专家引导和多层次可解释性。在多个现实基准测试(包括新发布的LOF数据集)上的实验表明,ProtoTS不仅在预测精度上超越了现有方法,还提供了专家可引导的解释,以更好地理解模型和支持决策。

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