The continued digitization of societal processes translates into a proliferation of time series data that cover applications such as fraud detection, intrusion detection, and energy management, where anomaly detection is often essential to enable reliability and safety. Many recent studies target anomaly detection for time series data. Indeed, area of time series anomaly detection is characterized by diverse data, methods, and evaluation strategies, and comparisons in existing studies consider only part of this diversity, which makes it difficult to select the best method for a particular problem setting. To address this shortcoming, we introduce taxonomies for data, methods, and evaluation strategies, provide a comprehensive overview of unsupervised time series anomaly detection using the taxonomies, and systematically evaluate and compare state-of-the-art traditional as well as deep learning techniques. In the empirical study using nine publicly available datasets, we apply the most commonly-used performance evaluation metrics to typical methods under a fair implementation standard. Based on the structuring offered by the taxonomies, we report on empirical studies and provide guidelines, in the form of comparative tables, for choosing the methods most suitable for particular application settings. Finally, we propose research directions for this dynamic field.


翻译:社会进程的持续数字化转化为时间序列数据的激增,这些数据涵盖欺诈检测、入侵检测和能源管理等应用,而异常点检测往往是可靠和安全的关键。最近的许多研究都以时间序列数据的异常点检测为目标。事实上,时间序列异常点检测的特点是数据、方法和评估战略多种多样,现有研究的比较仅考虑到这种多样性的一部分,这使得难以为特定问题设置选择最佳方法。为了解决这一缺陷,我们为数据、方法和评估战略引入了分类,全面概述了使用分类法对未经监督的时间序列异常点的检测,系统评估和比较了最新传统和深层学习技术。在使用9个公开数据集进行的经验研究中,我们将最常用的业绩评估指标应用于公平执行标准下的典型方法。根据分类法提供的结构,我们报告经验研究,并以比较表的形式提供指南,用于选择最适合特定应用环境的方法。最后,我们提出这一动态领域的研究方向。

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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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