We introduce a novel, practically relevant variation of the anomaly detection problem in multi-variate time series: intrinsic anomaly detection. It appears in diverse practical scenarios ranging from DevOps to IoT, where we want to recognize failures of a system that operates under the influence of a surrounding environment. Intrinsic anomalies are changes in the functional dependency structure between time series that represent an environment and time series that represent the internal state of a system that is placed in said environment. We formalize this problem, provide under-studied public and new purpose-built data sets for it, and present methods that handle intrinsic anomaly detection. These address the short-coming of existing anomaly detection methods that cannot differentiate between expected changes in the system's state and unexpected ones, i.e., changes in the system that deviate from the environment's influence. Our most promising approach is fully unsupervised and combines adversarial learning and time series representation learning, thereby addressing problems such as label sparsity and subjectivity, while allowing to navigate and improve notoriously problematic anomaly detection data sets.


翻译:在多变时间序列中,我们引入了不同异常现象探测问题的新颖的、实际相关的变化:内在异常现象检测。它出现在从DevOps到IoT等不同实际情景中,我们想从中发现在周围环境影响下运行的系统失灵。内在异常现象是代表环境和时间序列之间功能性依赖结构的变化,时间序列代表着位于上述环境中的系统的内部状态。我们将这一问题正式化,为它提供未经充分研究的公开和新目的设计的数据集,并提出处理内在异常现象检测的方法。这些方法解决现有异常现象检测方法的缺陷,无法区分系统状态的预期变化和意外变化,即偏离环境影响的系统的变化。我们最有希望的方法是完全不受监督,将对抗性学习和时间序列表述学习结合起来,从而解决标签紧张性和主观性等问题,同时允许导航和改进臭名昭著的异常现象检测数据集。

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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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