Many industrial and engineering processes monitored as times series have smooth trends that indicate normal behavior and occasionally anomalous patterns that can indicate a problem. This kind of behavior can be modeled by a smooth trend such as a spline or Gaussian process and a disruption based on a sparser representation. Our approach is to expand the process signal into two sets of basis functions: one set uses $L_2$ penalties on the coefficients and the other set uses $L_1$ penalties to control sparsity. From a frequentist perspective, this results in a hybrid smoother that combines cubic smoothing splines and the LASSO, and as a Bayesian hierarchical model (BHM), this is equivalent to priors giving a Gaussian process and a Laplace distribution for anomaly coefficients. For the hybrid smoother we propose two new ways of determining the penalty parameters that use effective degrees of freedom and contrast this with the BHM that uses loosely informative inverse gamma priors. Several reformulations are used to make sampling the BHM posterior more efficient including some novel features in orthogonalizing and regularizing the model basis functions. This methodology is motivated by a substantive application, monitoring the water treatment process for the Denver Metropolitan area. We also test the methods with a Monte Carlo study designed around the kind of anomalies expected in this application. Both the hybrid smoother and the full BHM give comparable results with small false positive and false negative rates. Besides being successful in the water treatment application, this work can be easily extended to other Gaussian process models and other features that represent process disruptions.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Processing 是一门开源编程语言和与之配套的集成开发环境(IDE)的名称。Processing 在电子艺术和视觉设计社区被用来教授编程基础,并运用于大量的新媒体和互动艺术作品中。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2021年12月8日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员