Time series anomaly detection is a challenging problem due to the complex temporal dependencies and the limited label data. Although some algorithms including both traditional and deep models have been proposed, most of them mainly focus on time-domain modeling, and do not fully utilize the information in the frequency domain of the time series data. In this paper, we propose a Time-Frequency analysis based time series Anomaly Detection model, or TFAD for short, to exploit both time and frequency domains for performance improvement. Besides, we incorporate time series decomposition and data augmentation mechanisms in the designed time-frequency architecture to further boost the abilities of performance and interpretability. Empirical studies on widely used benchmark datasets show that our approach obtains state-of-the-art performance in univariate and multivariate time series anomaly detection tasks. Code is provided at https://github.com/DAMO-DI-ML/CIKM22-TFAD.


翻译:由于时间依赖性和标签数据有限,时间序列异常现象的探测是一个具有挑战性的问题,因为时间依赖性很复杂,而且标签数据有限。虽然提出了包括传统和深层模型在内的一些算法,但其中多数主要侧重于时间域建模,没有充分利用时间序列数据的频域信息。在本文中,我们提议采用基于时间-时间序列的实时探测模型,或短期TFAD,以利用时间和频域改进性能。此外,我们还将时间序列的分解和数据增强机制纳入设计的时间-频率结构,以进一步提高性能和可解释性的能力。关于广泛使用的基准数据集的经验研究表明,我们的方法在单体和多变时间序列异常探测任务中获得了最先进的性能。代码见https://github.com/DaMO-DI-MLML/CIKM22-TFAD。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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