KDD 2024：零样本即可时空预测！港大、华南理工等发布时空大模型UrbanGPT

近年来，随着城市化进程的加快，城市环境的动态变化日益复杂，对城市管理提出了新的挑战。为了更好地理解和预测城市环境的变化，研究人员提出了一种名为UrbanGPT的时空大模型。

UrbanGPT是由香港大学、华南理工大学等机构的研究人员共同开发的，旨在解决城市环境中的时空预测问题。该模型结合了大型语言模型（LLMs）的成功经验，通过整合时空依赖编码器和指令调整范式，实现了在各种下游城市任务中的出色泛化能力。

时空预测是指对城市环境在时间和空间上的动态变化进行预测和洞察。其目的是预测未来的趋势、模式和事件，包括交通流量、人口流动和犯罪率等多个方面。然而，时空预测面临着许多挑战，其中之一就是数据稀缺问题。

在实际的城市传感场景中，数据稀缺是一个普遍存在的问题。许多现有的时空预测方法严重依赖于大量的标记数据来生成准确的时空表示。然而，由于数据收集和标记的成本较高，许多城市环境中的数据集都存在数据稀缺的问题。

为了解决数据稀缺问题，研究人员提出了UrbanGPT模型。该模型通过将时空依赖编码器与指令调整范式相结合，实现了在各种时空学习场景中的强大泛化能力。

具体而言，UrbanGPT模型包括两个主要组成部分：时空依赖编码器和指令调整范式。时空依赖编码器用于理解时间和空间上的复杂依赖关系，而指令调整范式则用于指导模型在各种下游任务中的学习过程。

通过这种设计，UrbanGPT模型能够更好地理解城市环境中的时空依赖关系，从而在数据稀缺的情况下做出更准确的预测。

为了验证UrbanGPT模型的有效性，研究人员在各种公开数据集上进行了广泛的实验，涵盖了不同的时空预测任务。实验结果表明，UrbanGPT模型在各种任务上都取得了出色的性能，并显著优于现有的基线方法。

这些实验结果证明了UrbanGPT模型在时空预测任务中的潜力，特别是在零样本场景下，即在没有标记数据的情况下进行预测。

然而，尽管UrbanGPT模型在时空预测任务中取得了显著的成果，但仍然存在一些挑战和限制。首先，由于城市环境的复杂性和多样性，时空预测任务本身就具有很高的难度。其次，尽管UrbanGPT模型在数据稀缺的情况下表现出色，但在数据充足的情况下，其性能是否能够与现有的深度学习方法相媲美仍需进一步验证。

论文链接：https://arxiv.org/abs/2403.00813