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title: "时序预测增强方法综述：从频域到 TPS"
author: "Sai Nitesh Palamakula (译：于腾凯)"
source: "DeepHub IMBA / 数据派THU (微信公众号)"
date: "2026-05"
url: "https://mp.weixin.qq.com/s/hPvx3OflUva1olME9F8FoA"
type: "article"
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# 时序预测增强方法综述：从频域到 Temporal Patch Shuffle

**来源**：DeepHub IMBA / 数据派THU

## 核心问题

时间序列预测的增强与分类增强有本质区别——预测目标是连续信号，而非离散标签。
经典分类增强（jittering、scaling、warping）会破坏 look-back 窗口与预测 horizon 之间的连续性，
导致 input-target 不一致。

**核心原则**：增强必须作用于拼接后的完整序列 s = x ∥ y，再切分回输入和目标，以确保数据-标签一致性。

## 方法分类体系

### 基于频率
- **RobustTAD**：DFT → 幅度/相位扰动 → IDFT
- **FreqMask**：FFT → 二值 mask 清零选定频率 → IFFT
- **FreqMix**：FFT → 两序列频谱混合 → IFFT
- **WaveMask**：DWT 分解 → 各层选择性 mask 小波系数 → 逆 DWT
- **WaveMix**：DWT 分解 → 两序列小波系数交叉混合 → 逆 DWT
- **Dominant Shuffle**：FFT → 选 top-k 主导频率 shuffle → IFFT

### 基于分解
- **STAug**：EMD → IMF → mixup 式重组（内存开销大，大数据集受限）

### 其他
- **wDBA**：DTW 对齐下的时序平均
- **MBB**：STL 分解 + 残差 bootstrap
- **Upsample**：线性插值拉伸局部片段

### 基于 Patch
- **TPS (Temporal Patch Shuffle)**：重叠 patch → variance 评分 → 选择性 shuffle → 重叠区域平均重建

## TPS 核心流程

1. **拼接**：x ∥ y → s（强制数据-标签一致性）
2. **Temporal Patching**：patch 长度 p、stride s，提取重叠 patch
3. **Variance 评分**：跨通道计算每个 patch 的 variance
4. **选择性 Shuffle**：低 variance 的 α 比例 patch 被随机置换
5. **重建**：重叠区域取平均，平滑 shuffle 引入的不连续性
6. **拆分**：s̃ → x̃, ỹ

## 消融实验关键发现

1. **数据-标签一致性**：决定性因素，单一消融中性能下降最大
2. **重叠 patch**：换成非重叠→明显退化，重叠是保留局部时间结构的闸门
3. **Variance 排序**：适度红利，α=1.0 时失去意义
4. **时域优于频域**：FFT 变换后的 patch 操作会退化
5. **Shuffle 比例**：0.7-1.0 最优

## 实验结果

- **长期预测**：9 个数据集、5 个骨干（TSMixer、DLinear、PatchTST、TiDE、LightTS），TPS 全部最佳
- **短期交通预测**：4 个 PeMS 数据集（PatchTST），MSE 提升 2.34%-7.14%
- **分类扩展**：UCR + UEA 基准，准确率分别提升 0.50% 和 1.10%
