NANJING UNIVERSITY · FALL 2026
时间序列分析
Time Series Analysis
从统计和人工智能视角分析时间序列
- 课程代码
- 081200D81
- 开课学期
- 2026 年秋季学期
- 时间地点
- 星期四 第三节–第四节
10:10–12:00 · 逸B-101 - 主讲教师
- 叶翰嘉
课程简介 About the Course
时间序列(time series)是一组按照时间发生先后顺序进行排列的离散序列,是日常生活中最常见的数据形式之一。对时间序列的分析既是统计学中的重要问题,也是人工智能、数据挖掘的一个重要应用方向。
本课程面向人工智能学院的研究生,重点关注统计学中分析时间序列的基本思路、模型以及方法。同时强调使用人工智能、数据挖掘技术对时序数据这一种特殊的数据类型进行分析,也关注使用“时间序列分析”中的思路看待和解决人工智能领域的实际问题。
课程内容将从时间序列的发展历程、基本任务开始,承接回归方法,探索基于统计方法和机器学习方法的时间序列分析途径,尤其重点介绍深度学习用于时间序列分析的多个阶段。课程中不但关注对时间序列模型的统计分析,也会介绍人工智能的相关技术,如使用循环神经网络、自注意力机制进行时间序列的建模,时序通用模型的多种实现,或使用时间序列中的自回归、指数平均思想建模机器学习、计算机视觉的重要问题。课程最后也将讨论基于语言模型的时序预测、时间序列基座模型等专题。
课程内容 Course Schedule
02评价与预处理Evaluation & Preprocessing常用数据集;Baseline 方法;评价指标;预处理;缺失值补全;Box–Cox 变换[1] §3.1–3.2待发布
专题阅读(9 项)
- M4 Competition: 竞赛简介 ↗
- M4 Competition: 100,000 个时间序列与 61 种预测方法 ↗
- 归一化与距离计算 ↗
- 时间序列数据分析(Data Mining 教材) ↗
- Dynamic Time Warping(DTW)图解 ↗
- FastDTW: 线性时间和空间复杂度的近似 DTW ↗
- The Box–Cox Transformation: Review and Extensions ↗
- Generalized Cross Entropy Loss for Training Deep Neural Networks with Noisy Labels ↗
- Mind the Gap: 时间序列缺失值处理 ↗
04时间序列的随机过程视角Stochastic Processes随机过程;平稳性;相关统计量及估计;平稳序列建模;Cramér 分解与 Wold 分解[2] §5.1–5.7;[3] Ch.2–5待发布
专题阅读(3 项)
05平稳与非平稳时间序列Stationary & Non-stationary SeriesARIMA 发展历程;线性过程;AR、MA、ARMA 与 ARIMA;自回归思想的应用;预测与普适性讨论[3] Ch.3–6待发布
专题阅读(2 项)
- 线性过程的预测与不确定性估计
- ARIMA 模型的适用条件与局限
06时间序列模型的检验与拟合Diagnostics & Fitting模型辨识;参数估计与优化;残差诊断;线性系统视角;多元时间序列模型[2] Ch.6, 8–9;[3] Ch.7–8待发布
专题阅读(2 项)
- 自相关图、偏自相关图与信息准则
- 多元时间序列与向量自回归模型
07季节性时间序列模型Seasonality季节效应建模;时间序列分解;季节 ARIMA;DHR–ARIMA;Prophet[1] Ch.11–12;[3] Ch.9待发布
专题阅读(3 项)
- Forecasting at Scale: Prophet 论文 ↗
- Prophet 官方文档 ↗
- 动态谐波回归与季节项建模
08经典机器学习模型Classical Machine Learning状态空间模型与卡尔曼滤波;时域预测数据构造;Quantile 与 Tweedie 损失;多步预测;集成与张量模型;M5[2] Ch.10;[1] Ch.13待发布
09深度学习初步Deep Learning FoundationsRNN 与 LSTM;Temporal CNN;Transformer;N-BEATS 与 N-HiTS;时间序列数据增广专题材料待发布
专题阅读(16 项)
- Long Short-Term Memory(LSTM) ↗
- Sequence to Sequence Learning with Neural Networks ↗
- An Empirical Evaluation of Generic Convolutional and Recurrent Networks ↗
- Deep Learning for Time Series Forecasting: A Survey ↗
- DeepAR: Probabilistic Forecasting with Autoregressive Recurrent Networks ↗
- N-BEATS: Neural Basis Expansion Analysis ↗
- Attention Is All You Need(Transformer) ↗
- Transformer: Google Research 介绍 ↗
- The Illustrated Transformer ↗
- Temporal Fusion Transformers(TFT) ↗
- Informer ↗
- Autoformer ↗
- Hybrid ES–RNN ↗
- N-BEATS with Meta-Learning ↗
- Forecasting & Meta-Learning(AMLD 2022) ↗
- Fundamental Limitations in Time Series Forecasting ↗
10进阶深度学习方法Modern Deep Forecasting线性模型;RevIN 与 Channel Independence;Patching;时序 Mixer;通用任务时序模型专题材料待发布
专题阅读(10 项)
- RevIN: Reversible Instance Normalization ↗
- Channel Independence for Multivariate Time Series Forecasting ↗
- RLinear: Revisiting Long-term Time Series Forecasting ↗
- PatchTST: A Time Series is Worth 64 Words ↗
- Crossformer: Transformer Utilizing Cross-Dimension Dependency ↗
- iTransformer: Inverted Transformers Are Effective for Time Series Forecasting ↗
- SOFTS: Efficient Multivariate Time Series Forecasting ↗
- UniTS: Building a Unified Time Series Model ↗
- SCINet、MICN、TimesNet、MTS-Mixers 与 TSMixer
- 全局模型与局部模型的比较 ↗
11时间序列基座模型Time Series Foundation Models时序预测通用模型;语言模型与视觉模型适配;原生预训练;零样本预测;基座模型评测专题材料待发布
专题阅读(12 项)
- One Fits All: GPT-2 for Time Series Analysis ↗
- LLMTime: Large Language Models Are Zero-Shot Time Series Forecasters ↗
- Time-LLM: Time Series Forecasting by Reprogramming LLMs ↗
- TEMPO: Prompt-based Generative Pre-trained Transformer ↗
- VisionTS: Visual Masked Autoencoders Are Free-Lunch Zero-Shot Forecasters ↗
- TimeGPT-1 ↗
- Moirai: Universal Forecasting via Masked Encoder ↗
- Chronos: Learning the Language of Time Series ↗
- TimesFM: A Decoder-only Foundation Model for Time-Series Forecasting ↗
- ForecastPFN: Synthetically-Trained Zero-Shot Forecasting ↗
- TabPFN-TS: 基于表格基座模型的零样本时序预测 ↗
- Foundation Models for Time Series Analysis: A Tutorial and Survey ↗
12时间序列分析的相关领域Related Topics表示学习;分类与聚类;主旨挖掘与 Matrix Profile;异常检测与 S-ESD;时序生成;多模态分析专题材料待发布
专题阅读(11 项)
- TS2Vec: Towards Universal Representation of Time Series ↗
- CoST: Contrastive Learning of Disentangled Seasonal-Trend Representations ↗
- SimMTM: A Simple Pre-Training Framework for Masked Time-Series Modeling ↗
- Matrix Profile: 时间序列主旨与异常挖掘资源 ↗
- S-ESD: Robust Anomaly Detection for Large-Scale Time Series ↗
- Time Series Classification: A Review and Experimental Evaluation ↗
- UCR Anomaly Archive: 基准问题与反思 ↗
- Anomaly Transformer: Association Discrepancy for Time Series Anomaly Detection ↗
- Time-MMD: A New Multi-Domain Multimodal Dataset for Time Series Analysis ↗
- Context is Key: 时序分析中的上下文信息 ↗
- Isolation Kernel 与时序异常检测
注:上述表格会根据实际授课情况进行更新,请以授课后更新的内容为准。
主要参考图书
- Rob J. Hyndman, George Athanasopoulos. Forecasting: Principles and Practice (3rd Edition). OTexts, 2021. ↗
- Henrik Madsen. Time Series Analysis. Chapman & Hall/CRC, 2008. ↗
- George E. P. Box, Gwilym M. Jenkins, Gregory C. Reinsel, Greta M. Ljung. Time Series Analysis: Forecasting and Control (5th Edition). Wiley, 2016. ↗
其他参考图书与材料
- Peter J. Brockwell, Richard A. Davis. Introduction to Time Series and Forecasting (3rd Edition). Springer, 2016. ↗
- Fotios Petropoulos et al. Forecasting: Theory and Practice. International Journal of Forecasting, 38(3): 705–871, 2022. ↗
- 易丹辉、王燕:《应用时间序列分析》,中国人民大学出版社,2019。 ↗
- James D. Hamilton 著:《时间序列分析》,中国人民大学出版社,2015。 ↗
- Awesome Time Series Forecasting / Prediction Papers(持续更新的论文与资源索引)。 ↗
注:时间序列分析具有大量前沿内容,请参考上述表格中的相关阅读材料。
时间序列相关资源 Resources
时间序列工具包
时间序列 Tutorial
- Forecasting Big Time SeriesKDD 2019 · Theory and Practice
- Modern Aspects of Big Time Series ForecastingIJCAI 2021 Tutorial
- Robust Time Series Analysis and ApplicationsKDD 2022 Tutorial
- A Toolkit for Time Series Anomaly DetectionKDD 2022 Hands-on Tutorial
- Causal Discovery from Temporal DataKDD 2023 Tutorial
- Deep Learning for Unsupervised Time Series Anomaly DetectionIJCAI 2023 Tutorial
- Hands-on Time Series Classification and RegressionKDD 2024 Tutorial
- Foundation Models for Time Series AnalysisKDD 2024 Tutorial
- Advances in Robust Time-Series Machine LearningAAAI 2024 Tutorial
- Time Series Tutorials at KDD 2025插补、异常检测、多模态与时空基座模型等专题
课程要求 Coursework
课程作业形式包括书面作业、编程作业和课程项目。
学术诚信
可以讨论思路,但提交内容必须独立完成;引用代码、文字、数据或外部工具时应清楚标注来源。
大模型使用
可以使用大模型辅助理解概念、检查代码或改进表达,但应说明所用工具及用途,并对最终结果的正确性、原创性和可解释性负责。