Anomaly detection relies on designing a score to determine whether a particular event is uncharacteristic of a given background distribution. One way to define a score is to use autoencoders, which rely on the ability to reconstruct certain types of data (background) but not others (signals). In this paper, we study some challenges associated with variational autoencoders, such as the dependence on hyperparameters and the metric used, in the context of anomalous signal (top and $W$) jets in a QCD background. We find that the hyperparameter choices strongly affect the network performance and that the optimal parameters for one signal are non-optimal for another. In exploring the networks, we uncover a connection between the latent space of a variational autoencoder trained using mean-squared-error and the optimal transport distances within the dataset. We then show that optimal transport distances to representative events in the background dataset can be used directly for anomaly detection, with performance comparable to the autoencoders. Whether using autoencoders or optimal transport distances for anomaly detection, we find that the choices that best represent the background are not necessarily best for signal identification. These challenges with unsupervised anomaly detection bolster the case for additional exploration of semi-supervised or alternative approaches.


翻译:异常检测依赖于设计一个分数来确定特定事件是否不具有特定背景分布的特性。 确定分数的一个方法就是使用自动代算器,因为自动代算器依赖于重建某些类型的数据的能力( 背面), 而不是其他( 信号 ) 。 在本文中, 我们研究了与变异自动代算器相关的一些挑战, 例如对超光度计的依赖和所使用的测量方法, 在QCD背景中的反常信号( 顶部和 $W$) 喷气式喷气式喷气式喷气式喷气机。 我们发现, 超光度计选择对网络的性能产生了强烈影响, 并且一个信号的最佳参数对另一个信号来说并不最理想。 在探索网络时, 我们发现了使用暗面自动代算器训练的变异性自动代算器潜在空间与数据集内的最佳运输距离。 然后我们发现, 与背景数据集中具有代表性的事件的最佳运输距离可以直接用于异常的检测, 与自动代算器相似的性能。 无论是使用其他自动代算器还是最优的运输距离来检测反常态, 我们发现异常的半探测方法必然代表不甚的超度的背景。

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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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