We study the hypothesis testing problem for unknown dynamical systems. More specifically, we observe sequential input and output data from a dynamical system with unknown parameters, and we aim to determine whether the collected data is from a null distribution. Such a problem can have many applications. Here we formulate anomaly detection as hypothesis testing where the anomaly is defined through the alternative hypothesis. Consequently, hypothesis testing algorithms can detect faults in real-world systems such as robots, weather, energy systems, and stock markets. Although recent works achieved state-of-the-art performances in these tasks with deep learning models, we show that a careful analysis using hypothesis testing and graphical models can not only justify the effectiveness of autoencoder models, but also lead to a novel neural network design, termed DyAD (DYnamical system Anomaly Detection), with improved performances. We then show that DyAD achieves state-of-the-art performance on several existing datasets and a new dataset on battery anomaly detection in electric vehicles.


翻译:---- 本文研究了未知动态系统的假设检验问题。具体而言,我们观察未知参数的动态系统的顺序输入输出数据,并旨在确定收集到的数据是否来自空分布。这种问题可以有许多应用。本文将异常检测定义为假设检验问题,其中异常通过备择假设进行定义。因此,假设检验算法可以检测实际系统中的故障,如机器人、天气、能源系统和股票市场。虽然最近的研究通过深度学习模型在这些任务中实现了先进的性能,但我们展示了一种仔细的假设检验和图形模型分析方式,不仅可以证明自编码器模型的有效性,而且可以引导新型神经网络设计,称为动态系统异常检测器(DyAD),从而提高模型性能。我们随后展示了 DyAD 在几个现有数据集和电动汽车电池异常检测的新数据集上达到了最先进的性能。

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