Multivariate time series anomaly detection is a very common problem in the field of failure prevention. Fast prevention means lower repair costs and losses. The amount of sensors in novel industry systems makes the anomaly detection process quite difficult for humans. Algorithms which automates the process of detecting anomalies are crucial in modern failure-prevention systems. Therefore, many machine and deep learning models have been designed to address this problem. Mostly, they are autoencoder-based architectures with some generative adversarial elements. In this work, a framework is shown which incorporates neuroevolution methods to boost the anomaly-detection scores of new and already known models. The presented approach adapts evolution strategies for evolving ensemble model, in which every single model works on a subgroup of data sensors. The next goal of neuroevolution is to optimise architecture and hyperparameters like window size, the number of layers, layer depths, etc. The proposed framework shows that it is possible to boost most of the anomaly detection deep learning models in a reasonable time and a fully automated mode. The tests were run on SWAT and WADI datasets. To our knowledge, this is the first approach in which an ensemble deep learning anomaly detection model is built in a fully automatic way using a neuroevolution strategy.


翻译:快速预防意味着降低修复成本和损失。 新型工业系统中传感器的数量使得异常现象检测过程对人类来说相当困难。 将异常现象检测过程自动化的分类在现代故障预防系统中至关重要。 因此,设计了许多机器和深层学习模型来解决这个问题。 多数情况下, 它们是以自动编码器为基础的结构, 包含一些基因对抗元素。 在这项工作中, 展示了一个框架, 其中包括神经进化方法, 以提升新模式和已知新模式的异常检测分数。 所提出的方法使异常现象检测过程对人类来说非常困难。 使异常现象检测过程自动化的分类法使异常现象检测过程在现代故障预防系统中十分关键。 神经进化的下一个目标是优化结构以及像窗口大小、 层、 层深层等等这样的超度参数。 拟议的框架表明, 在合理的时间和完全自动模式中, 大部分异常检测深度学习模型和WAT和WADI数据集的测试方法都用来调整进化成串联模式。 在SWAT和WADI数据集中, 每一个模型中, 都用一种完全的自动的方法来学习进式的神经变异变式方法。

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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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