Anomaly detection is widely used in network intrusion detection, autonomous driving, medical diagnosis, credit card frauds, etc. However, several key challenges remain open, such as lack of ground truth labels, presence of complex temporal patterns, and generalizing over different datasets. This paper proposes TSI-GAN, an unsupervised anomaly detection model for time-series that can learn complex temporal patterns automatically and generalize well, i.e., no need for choosing dataset-specific parameters, making statistical assumptions about underlying data, or changing model architectures. To achieve these goals, we convert each input time-series into a sequence of 2D images using two encoding techniques with the intent of capturing temporal patterns and various types of deviance. Moreover, we design a reconstructive GAN that uses convolutional layers in an encoder-decoder network and employs cycle-consistency loss during training to ensure that inverse mappings are accurate as well. In addition, we also instrument a Hodrick-Prescott filter in post-processing to mitigate false positives. We evaluate TSI-GAN using 250 well-curated and harder-than-usual datasets and compare with 8 state-of-the-art baseline methods. The results demonstrate the superiority of TSI-GAN to all the baselines, offering an overall performance improvement of 13% and 31% over the second-best performer MERLIN and the third-best performer LSTM-AE, respectively.


翻译:异常检测广泛应用于网络入侵检测、自动驾驶、医疗诊断、信用卡欺诈等领域。然而,存在许多关键挑战,例如缺乏基本的真实标签,存在复杂的时间模式,以及在不同数据集上进行泛化。本文提出了TSI-GAN,一种无监督的时间序列异常检测模型,可以自动学习复杂的时间模式和良好的泛化能力,即不需要选择特定于数据集的参数,不需要假设基础数据的统计性质,也不需要更改模型架构。为了实现这些目标,我们使用两种编码技术将每个输入时间序列转换为一系列2D图像,以捕获时间模式和各种偏差类型。此外,我们设计了一种重构GAN,在编码器-解码器网络中使用卷积层,并在训练期间使用周期一致性损失,以确保反向映射也是准确的。此外,我们还在后期处理中使用了霍德里克-普雷斯科特滤波器来减轻假阳性的影响。我们使用250个精心筛选的、比通常更难的数据集对TSI-GAN进行评估,并与8种最先进的基线方法进行比较。结果表明,TSI-GAN优于所有基线方法,与第二个最佳表现者MERLIN和第三个最佳表现者LSTM-AE相比,整体性能提高了13%和31%。

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