Nowadays, multi-sensor technologies are applied in many fields, e.g., Health Care (HC), Human Activity Recognition (HAR), and Industrial Control System (ICS). These sensors can generate a substantial amount of multivariate time-series data. Unsupervised anomaly detection on multi-sensor time-series data has been proven critical in machine learning researches. The key challenge is to discover generalized normal patterns by capturing spatial-temporal correlation in multi-sensor data. Beyond this challenge, the noisy data is often intertwined with the training data, which is likely to mislead the model by making it hard to distinguish between the normal, abnormal, and noisy data. Few of previous researches can jointly address these two challenges. In this paper, we propose a novel deep learning-based anomaly detection algorithm called Deep Convolutional Autoencoding Memory network (CAE-M). We first build a Deep Convolutional Autoencoder to characterize spatial dependence of multi-sensor data with a Maximum Mean Discrepancy (MMD) to better distinguish between the noisy, normal, and abnormal data. Then, we construct a Memory Network consisting of linear (Autoregressive Model) and non-linear predictions (Bidirectional LSTM with Attention) to capture temporal dependence from time-series data. Finally, CAE-M jointly optimizes these two subnetworks. We empirically compare the proposed approach with several state-of-the-art anomaly detection methods on HAR and HC datasets. Experimental results demonstrate that our proposed model outperforms these existing methods.


翻译:目前,多传感器技术应用于许多领域,例如保健(HC)、人类活动识别(HAR)和工业控制系统(ICS)。这些传感器可以产生大量多变时间序列数据。在多传感器时间序列数据中,未经监督的异常探测在机器学习研究中被证明至关重要。关键的挑战是如何通过在多传感器数据中捕捉空间时空关系来发现普通模式。除了这个挑战外,噪音数据往往与培训数据交织在一起,这有可能通过难以区分正常、异常和噪音数据来误导模型。在以往的研究中,很少有人能够联合应对这两个挑战。在本文件中,我们提议了一种全新的基于学习的异常探测算法,称为深演进自动内存网络(CAE-M)。我们首先建立一个深变动自动解调器,以描述多传感器数据的空间依赖性特征,以最均匀的调(MMMD)方法更好地区分了正常、异常和异常的数据。然后,我们用双轨的AIS-BA-A-S-S-A-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-AD-C-C-C-C-IL-IL-I-IAR-I-I-IAR-I-I-I-IAL-IAL-IL-IL-I-I-I-I-I-I-A-A-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I

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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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