arxiv.org·2026/10/23·Haochen Lv / Jianhao Zhang 等
针对分布偏移下时空概率预测校准不可靠问题,REMIND把检索作为历史支持度信号:经粗到细时空检索建记忆库,用记忆校准分支对检索目标做低秩标定、用偏差感知分支从当前观测推导残差,由融合检索相似度与记忆离散度的门控按偏移程度加权两分支,并以分层高斯混合和记忆扰动训练提升泛化。在CAMELS、PEMS、ENERGY上预测未来12步,相较DeepAR、DiffSTG、STGNF及ShifTS、STRAP等基线,作者报告REMIND在MAE、RMSE、MAPE、CRPS、ES全部指标上最优,如CAMELS MAE降至8.73、PEMS RMSE降至26.88、ENERGY CRPS降至0.1027。消融显示去掉偏差分支或离散度退化最明显,融合在各偏移水平均获最低MAE,验证按偏移程度自适应切换记忆复用与偏差修正优于固定策略。
为什么重要 对需要概率预测与分布偏移自适应的工程时序系统,给出从检索信号估计 shift 并融合双分支的完整方案,且代码开源。适合 做时序预测、概率预测或检索增强模型的算法工程师与研究者。
时空预测在现实应用中很重要,其中概率方法为决策提供不确定性估计。现实系统本质上是非平稳的,导致训练数据和测试数据之间出现分布偏移。
然而,现有概率方法主要关注在标准设置下建模数据分布,而分布偏移方法通常以粗糙方式处理此类偏移,无法刻画偏移程度并相应调整预测策略。因此,它们常常产生校准不足且不可靠的预测。
为解决这一问题,我们提出了 REMIND,一个在分布偏移下进行检索引导概率时空预测的框架。REMIND 利用检索来估计当前观测在多大程度上受到历史模式支持,从而在不同偏移状态下实现自适应预测。它使用时空检索构建 memory bank,并引入双分支架构,将用于轻度偏移的 memory-calibrated probabilistic branch 与用于重度偏移的 deviation-aware probabilistic branch 结合起来。
一个 shift-adaptive gate 在检索相似度和 memory dispersion 的指导下,根据偏移程度平衡两个分支。我们进一步设计了 hierarchical Gaussian mixture 来捕获双分支预测中的异质不确定性,并引入 memory perturbation training 方案以提高泛化能力。在具有分布偏移的真实数据集上的实验表明,REMIND 在预测精度和概率预测质量方面都一致优于 state-of-the-art 方法。
Spatiotemporal forecasting plays an important role in real-world applications, where probabilistic approaches provide uncertainty estimates for decision-making.
Real-world systems are inherently non-stationary, leading to distribution shifts between training and test data.
However, existing probabilistic methods mainly focus on modeling data distributions under standard settings, while distribution shift methods often handle such shifts in a coarse manner, failing to characterize shift degree and adapt prediction strategy accordingly.
As a result, they often produce miscalibrated and unreliable forecasts.
To address this issue, we propose REMIND, a retrieval-guided probabilistic framework for spatiotemporal forecasting under distribution shift.
REMIND leverages retrieval to estimate how well current observation are supported by historical patterns, enabling adaptive prediction under different shift regimes.
It employs spatiotemporal retrieval to construct a memory bank and introduces a dual branch architecture, combining a memory-calibrated probabilistic branch for mild shifts with a deviation-aware probabilistic branch for severe shifts.
A shift-adaptive gate, guided by retrieval similarity and memory dispersion, balances the two branches according to shift degree.
We further design a hierarchical Gaussian mixture to capture heterogeneous uncertainty over the dual branch predictions, and introduce a memory perturbation training scheme to improve generalization.
Experiments on real-world datasets with distribution shifts demonstrate that REMIND consistently outperforms state-of-the-art methods in both forecasting accuracy and probabilistic prediction quality.
注释 · MAE 越低越好;基线数值全部取自 CAMELS 数据集行。出自 表1



EVIDENCE / METHODS
流程
检索相似度不是辅助证据,而是历史支撑强度的主动信号。
先全局时空匹配得到候选,再节点级时序匹配,利用物理邻居与 Pearson 相关节点,捕捉局部时间错位。
对检索目标做低秩可分离校准,结合相似度与表示内积加权聚合,得到基分布。
由当前观测预测,特征差与逐元素积构造偏差表示,作为均值和方差残差修正。
输入检索相似度、
两支高斯混合按门值加权,方差分解为分支内不确定性与分支间分歧。
随机衰减门并给检索观测/目标加高斯噪声,模拟弱检索与分布偏移。
注释 · 从当前观测出发,经粗到细检索构建候选,再校准或残差修正。出自 §4.1 图1
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