Anomaly detection is the task of identifying abnormal behavior of a system. Anomaly detection in computational workflows is of special interest because of its wide implications in various domains such as cybersecurity, finance, and social networks. However, anomaly detection in computational workflows~(often modeled as graphs) is a relatively unexplored problem and poses distinct challenges. For instance, when anomaly detection is performed on graph data, the complex interdependency of nodes and edges, the heterogeneity of node attributes, and edge types must be accounted for. Although the use of graph neural networks can help capture complex inter-dependencies, the scarcity of labeled anomalous examples from workflow executions is still a significant challenge. To address this problem, we introduce an autoencoder-driven self-supervised learning~(SSL) approach that learns a summary statistic from unlabeled workflow data and estimates the normal behavior of the computational workflow in the latent space. In this approach, we combine generative and contrastive learning objectives to detect outliers in the summary statistics. We demonstrate that by estimating the distribution of normal behavior in the latent space, we can outperform state-of-the-art anomaly detection methods on our benchmark datasets.


翻译:异常检测是识别系统异常行为的任务。计算工作流中的异常检测因其在网络安全、金融和社交网络等多个领域的广泛应用而备受关注。然而,计算工作流(通常建模为图结构)中的异常检测是一个相对未被充分探索的问题,并面临独特挑战。例如,当对图数据进行异常检测时,必须考虑节点与边的复杂相互依赖关系、节点属性的异质性以及边类型的多样性。尽管图神经网络有助于捕获复杂的相互依赖关系,但工作流执行过程中标注异常样本的稀缺性仍是一个重大挑战。为解决此问题,我们提出一种基于自编码器的自监督学习(SSL)方法,该方法从未标注的工作流数据中学习汇总统计量,并在潜在空间中估计计算工作流的正常行为。在此方法中,我们结合生成式与对比式学习目标,以检测汇总统计量中的异常值。实验证明,通过估计潜在空间中正常行为的分布,我们在基准数据集上能够超越最先进的异常检测方法。

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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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