Anomaly detection among a large number of processes arises in many applications ranging from dynamic spectrum access to cybersecurity. In such problems one can often obtain noisy observations aggregated from a chosen subset of processes that conforms to a tree structure. The distribution of these observations, based on which the presence of anomalies is detected, may be only partially known. This gives rise to the need for a search strategy designed to account for both the sample complexity and the detection accuracy, as well as cope with statistical models that are known only up to some missing parameters. In this work we propose a sequential search strategy using two variations of the Generalized Local Likelihood Ratio statistic. Our proposed Hierarchical Dynamic Search (HDS) strategy is shown to be order-optimal with respect to the size of the search space and asymptotically optimal with respect to the detection accuracy. An explicit upper bound on the error probability of HDS is established for the finite sample regime. Extensive experiments are conducted, demonstrating the performance gains of HDS over existing methods.


翻译:从动态频谱访问到网络安全等许多应用中都产生了大量过程的异常探测。在这些问题中,人们往往能够从符合树结构的选定一组过程获得杂乱的观测结果。这些观测结果的分布可能只是部分地为人们所知道,根据这些观测结果,发现异常现象可能只是部分的根据。这就需要一种搜索战略,既考虑到抽样的复杂性,又考虑到探测的准确性,并处理只知道某些缺失参数的统计模型。在这项工作中,我们提出一个顺序搜索战略,采用通用地方近似比率统计的两个变量。我们拟议的高层次动态搜索战略显示,相对于搜索空间的大小而言,是秩序最优化的,对于探测准确性来说也是最适度的。HDS误差概率的明显上限是有限的抽样系统。我们进行了广泛的实验,展示了HDS对现有方法的性能收益。

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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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