Anomaly Detection is becoming increasingly popular within the experimental physics community. At experiments such as the Large Hadron Collider, anomaly detection is at the forefront of finding new physics beyond the Standard Model. This paper details the implementation of a novel Machine Learning architecture, called Flux+Mutability, which combines cutting-edge conditional generative models with clustering algorithms. In the `flux' stage we learn the distribution of a reference class. The `mutability' stage at inference addresses if data significantly deviates from the reference class. We demonstrate the validity of our approach and its connection to multiple problems spanning from one-class classification to anomaly detection. In particular, we apply our method to the isolation of neutral showers in an electromagnetic calorimeter and show its performance in detecting anomalous dijets events from standard QCD background. This approach limits assumptions on the reference sample and remains agnostic to the complementary class of objects of a given problem. We describe the possibility of dynamically generating a reference population and defining selection criteria via quantile cuts. Remarkably this flexible architecture can be deployed for a wide range of problems, and applications like multi-class classification or data quality control are left for further exploration.


翻译:异常探测在实验物理界越来越受欢迎。在大型高原相撞器等实验中,异常探测是发现标准模型之外新物理学的最前沿。本文详细介绍了新颖的机器学习结构(称为Flux+Mutbility)的实施,该结构将尖端的有条件基因变异模型与群集算法相结合。在“通量”阶段,我们学习参考等级的分布。如果数据与参考类别有明显差异,则“可变性”阶段的推断地址。我们展示了我们的方法的有效性及其与从单级分类到异常检测等多种问题的联系。特别是,我们运用了我们的方法将中性淋浴隔离在电磁热量计中,并展示了它在从标准QCD背景中探测异常现象事件方面的性能。在“通量”阶段,我们学会了参考样本的假设,对于某个问题对象的互补类别,我们描述的是“可动态生成参考群”的可能性,并通过分解确定选择标准。这一灵活结构可以被运用于一系列广泛的问题,例如多级质量分类或左级数据控制。

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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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