Spectral temporal graph neural network for multivariate agricultural price forecasting / Rede neural de gráfico temporal espectral para previsão de preços agrícolas multivariados

ABSTRACT

Multivariate time series forecasting has an important role in many real-world domains. Especially, price prediction has always been on the focus of researchers. Yet, it is a challenging task that requires the capturing of intra-series and inter-series correlations. Most of the models in literature focus only on the correlation in temporal domain. In this paper, we have curated a new dataset from the official website of Turkish Ministry of Commerce. The dataset consists of daily prices and trade volume of vegetables and covers 1791 days between January 1, 2018 and November 26, 2022. A Spectral Temporal Graph Neural Network (StemGNN) is employed on the curated dataset and the results are given in comparison to Convolutional neural networks (CNN), Long short-term memory (LSTM) and Random Forest models. GNN architecture achieved a state-of-the-art result such as mean absolute error (MAE) 1,37 and root mean squared error (RMSE) 1.94). To our knowledge, this is one of the few studies that investigates GNN for time series analysis and the first study in architecture field.

RESUMO

A previsão multivariada de séries temporais tem um papel importante em muitos domínios do mundo real. Especialmente, a previsão de preços sempre esteve no foco dos pesquisadores. No entanto, é uma tarefa desafiadora que requer a captura de correlações intra-séries e inter-séries. A maioria dos modelos na literatura foca apenas a correlação no domínio temporal. Neste artigo, selecionamos um novo conjunto de dados do site oficial do Ministério do Comércio Turco. O conjunto de dados consiste em preços diários e volume comercial de vegetais e abrange 1.791 dias entre 1º de janeiro de 2018 e 26 de novembro de 2022. Uma Rede Neural de Gráfico Temporal Espectral é empregada no conjunto de dados curado e os resultados são fornecidos em comparação com CNN, LSTM e Modelos de Floresta Aleatória. A arquitetura GNN alcançou um resultado de ponta (MAE 1,37, RMSE 1,94). Até onde sabemos, este é um dos poucos estudos que investiga GNN para análise de séries temporais e o primeiro estudo na área de arquitetura.