PatchMixer: 長期時系列予測のためのパッチ混合アーキテクチャ（PatchMixer: A Patch-Mixing Architecture for Long-Term Time Series Forecasting）

田中専務

拓海先生、最近うちの若手が『PatchMixer』って論文を持ってきましてね。長期の時系列予測に強いらしいですが、要するに何が違うのですか？

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね！PatchMixerは、従来のTransformer（Transformer、変換器）中心のやり方と違い、データを小さな塊に分けて扱う「パッチ（patch）」の考え方を畳み込みニューラルネットワークでうまく使ったモデルです。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

うーん。Transformerは『自己注意（Self-Attention、SA、自己注意）』で広い範囲を見通すのが強みでしたよね。それと比べて畳み込みでやると現場で速く回る、ということですか？

AIメンター拓海

その通りです。PatchMixerはPatch-based（パッチベース）という前処理で系列を小分けにし、Depthwise Separable Convolution（Depthwise Separable Convolution、DSConv、深さ方向分離畳み込み）という計算効率の良い畳み込みを使って高速化と精度向上を同時に狙っています。要点を3つにまとめると、処理単位を変えたこと、軽量な畳み込みを使ったこと、そして学習目標を調整して汎化力を高めたことです。

田中専務

これって要するに、過去データを“まとまり”で見ることで重要な情報を逃さず、同時に処理を軽くして実運用で速く動かせるようにした、ということですか？

AIメンター拓海

はい、まさにその通りですよ。現場導入を考える経営者目線で重要なのは、①同じ性能なら計算資源と時間を節約できること、②データセットごとにパッチの作り方や損失関数を調整して安定して使えること、③既存のインフラに組み込みやすいこと、の三点です。一緒に検討すればできますよ。

田中専務

投資対効果で言うと、学習や推論が速いというのはコスト削減につながるはずですね。ただし、精度が下がるなら意味がない。実際のところ精度は保てるのですか？

AIメンター拓海

実験ではPatchMixerはMSE（Mean Squared Error、平均二乗誤差）で既存の最先端モデルを上回っています。具体的にはTransformerやMLP（MLP、全結合型ニューラルネットワーク）ベースの手法より誤差が小さく、しかも学習と推論が2～3倍速いという報告です。投資対効果の観点で有利になり得ますよ。

田中専務

導入する場合、現場のデータ前処理やパッチの設計が重要になるようですね。うちの現場でやるならどこに注意すればいいですか？

AIメンター拓海

現場では三点を押さえれば良いです。第一にパッチサイズの選定で、短期の変動を残すか平均化してノイズを抑えるかを決めます。第二にパッチ間の情報の伝え方を設計します。第三に評価指標を業務に合わせて調整します。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

分かりました。では一度社内データで小さく実験して、その結果を見て導入判断をする、という段取りで進めます。要するに、パッチでまとまりを作って高速に予測し、業務に合わせて微調整する、ですね。