Anomalies represent deviations from the intended system operation and can lead to decreased efficiency as well as partial or complete system failure. As the causes of anomalies are often unknown due to complex system dynamics, efficient anomaly detection is necessary. Conventional detection approaches rely on statistical and time-invariant methods that fail to address the complex and dynamic nature of anomalies. With advances in artificial intelligence and increasing importance for anomaly detection and prevention in various domains, artificial neural network approaches enable the detection of more complex anomaly types while considering temporal and contextual characteristics. In this article, a survey on state-of-the-art anomaly detection using deep neural and especially long short-term memory networks is conducted. The investigated approaches are evaluated based on the application scenario, data and anomaly types as well as further metrics. To highlight the potential of upcoming anomaly detection techniques, graph-based and transfer learning approaches are also included in the survey, enabling the analysis of heterogeneous data as well as compensating for its shortage and improving the handling of dynamic processes.


翻译:异常现象代表了与预定系统运行的偏差,并可能导致效率下降以及部分或完整的系统故障。由于系统动态复杂,异常现象的原因往往不为人知,因此需要有效地发现异常现象。常规探测方法依赖于统计和时间变化方法,无法解决异常现象的复杂和动态性质。随着人工智能的进步和对不同领域异常现象探测和预防的日益重要性,人工神经网络方法能够发现更复杂的异常类型,同时考虑时间和背景特点。在本条中,利用深神经、特别是短期内存网络对最新异常现象探测进行了调查。根据应用情景、数据和异常类型以及进一步的衡量标准对调查方法进行了评估。为了突出即将出现的异常现象探测技术的潜力,调查中也包括了图表和转移学习方法,以便能够分析混杂数据,弥补其短缺,改进动态过程的处理。

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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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