20260601

concepts/temporal-patch-shuffle.md

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+title: "Temporal Patch Shuffle (TPS)"
+created: 2026-05-26
+type: concept
+tags: ["time-series", "data-augmentation", "forecasting", "patch-based"]
+sources: ["temporal-patch-shuffle-tps"]
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+# Temporal Patch Shuffle (TPS)
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+> 基于重叠时间 patch 的选择性 shuffle 增强方法——当前时间序列预测增强的 SOTA。
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+## 核心流程
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+1. **拼接**：x ∥ y → s，从源头强制 [[data-label-consistency|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，低 variance = 更安全的扰动对象
+4. **选择性 Shuffle**：variance 最低的 α 比例 patch 被随机置换
+5. **重建**：重叠区域取平均——自然平滑 shuffle 引入的不连续性
+6. **拆分**：s̃ → x̃, ỹ
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+## 设计直觉
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+- **重叠是关键**：相邻 patch 共享时间步，重建时过渡平滑；换成非重叠 → 明显退化
+- **Variance 启发式**：保守策略——低 variance 的 patch 结构特征少，扰动更安全
+- **时域优先**：直接操作原始信号优于 FFT 变换后操作
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+## 为什么比其他方法好
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+| 对比维度 | TPS | 频域方法 | 分解方法 |
+|---------|-----|---------|---------|
+| 时间定位 | ✅ 原生 | ❌ FFT 丢失 | ✅ EMD 保留 |
+| 计算开销 | 低 | 低 | 高（EMD） |
+| input-target 一致性 | ✅ 内置 | ✅ 支持 | ✅ 支持 |
+| 跨任务泛化 | ✅ 预测+分类 | 预测为主 | 预测为主 |
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+## 超参数
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+- p：patch 长度
+- s：stride（< p 则重叠）
+- α：shuffle 比例（0.7-1.0 最优）
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+实际不跑 Cartesian 网格，约 20 种候选配置做验证集搜索。
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+## 实验结果摘要
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+- 长期预测：9 数据集 × 5 骨干，MSE 改善 2.08%-10.51%
+- 短期交通：4 PeMS 数据集，MSE 改善 0%-7.14%
+- 分类任务：UCR +0.50%, UEA +1.10%
+
+## 相关页面
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+- [[time-series-forecasting-augmentation]] — 预测增强通用框架
+- [[data-label-consistency]] — 联合增强的理论基础
+- [[freqmask-freqmix]] — 频域替代方案
+- [[wavemask-wavemix]] — 时频域替代方案
+- [[temporal-patch-shuffle-tps]] — 原始综述文章