Time series anomaly detection strives to uncover potential abnormal behaviors and patterns from temporal data, and has fundamental significance in diverse application scenarios. Constructing an effective detection model usually requires adequate training data stored in a centralized manner, however, this requirement sometimes could not be satisfied in realistic scenarios. As a prevailing approach to address the above problem, federated learning has demonstrated its power to cooperate with the distributed data available while protecting the privacy of data providers. However, it is still unclear that how existing time series anomaly detection algorithms perform with decentralized data storage and privacy protection through federated learning. To study this, we conduct a federated time series anomaly detection benchmark, named FedTADBench, which involves five representative time series anomaly detection algorithms and four popular federated learning methods. We would like to answer the following questions: (1)How is the performance of time series anomaly detection algorithms when meeting federated learning? (2) Which federated learning method is the most appropriate one for time series anomaly detection? (3) How do federated time series anomaly detection approaches perform on different partitions of data in clients? Numbers of results as well as corresponding analysis are provided from extensive experiments with various settings. The source code of our benchmark is publicly available at https://github.com/fanxingliu2020/FedTADBench.


翻译:建立有效检测模型通常需要集中储存适当的培训数据,然而,这一要求有时无法在现实情况下得到满足。作为解决上述问题的一种普遍办法,联邦学习表明,它有能力与分布的数据合作,同时保护数据提供者的隐私。然而,目前尚不清楚的是,现有的时间序列异常检测算法如何通过分散的数据存储和通过联合学习保护隐私而发挥分散的数据存储和隐私的作用。为了研究这一点,我们开展了一个联合时间序列异常检测基准,名为FedT ADBench,其中涉及五个具有代表性的时间序列异常检测算法和四种受欢迎的联合学习方法。我们想回答以下问题:(1) 如何利用时间序列异常检测算法与分布的数据合作,同时保护数据提供者的隐私。(2) 联邦学习方法对于时间序列异常检测最为合适?(3) 联邦时间序列异常检测法如何在不同客户的数据分割上发挥作用?结果的数量以及相应的分析来自广泛的时间序列测算法和各种基准。

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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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