Deep learning approaches to anomaly detection have recently improved the state of the art in detection performance on complex datasets such as large collections of images or text. These results have sparked a renewed interest in the anomaly detection problem and led to the introduction of a great variety of new methods. With the emergence of numerous such methods, including approaches based on generative models, one-class classification, and reconstruction, there is a growing need to bring methods of this field into a systematic and unified perspective. In this review we aim to identify the common underlying principles as well as the assumptions that are often made implicitly by various methods. In particular, we draw connections between classic 'shallow' and novel deep approaches and show how this relation might cross-fertilize or extend both directions. We further provide an empirical assessment of major existing methods that is enriched by the use of recent explainability techniques, and present specific worked-through examples together with practical advice. Finally, we outline critical open challenges and identify specific paths for future research in anomaly detection.


翻译:发现异常现象的深层学习方法最近改进了在大量收集图像或文字等复杂数据集的探测性能方面的先进水平,这些结果使人们对异常现象的探测问题重新产生兴趣,并导致采用各种新的方法。随着许多这类方法的出现,包括基于基因化模型、单级分类和重建的方法的出现,越来越需要将这一领域的方法纳入一个系统、统一的观点。在这次审查中,我们的目标是确定共同的基本原则以及往往由各种方法暗含的假设。特别是,我们在经典的“shallow”和新颖的深层次方法之间建立联系,并表明这种关系如何相互利用或扩展这两个方向。我们进一步对主要的现有方法进行了经验性评估,这些方法因使用近期的解释性技术而得到丰富,并提出了具体的工作实例和实用建议。最后,我们概述了关键的公开挑战,并确定了今后在发现异常现象方面的研究的具体途径。

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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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