Anomaly detection in time series data, to identify points that deviate from normal behaviour, is a common problem in various domains such as manufacturing, medical imaging, and cybersecurity. Recently, Generative Adversarial Networks (GANs) are shown to be effective in detecting anomalies in time series data. The neural network architecture of GANs (i.e. Generator and Discriminator) can significantly improve anomaly detection accuracy. In this paper, we propose a new GAN model, named Adjusted-LSTM GAN (ALGAN), which adjusts the output of an LSTM network for improved anomaly detection in both univariate and multivariate time series data in an unsupervised setting. We evaluate the performance of ALGAN on 46 real-world univariate time series datasets and a large multivariate dataset that spans multiple domains. Our experiments demonstrate that ALGAN outperforms traditional, neural network-based, and other GAN-based methods for anomaly detection in time series data.


翻译:时间序列数据中的异常检测旨在识别偏离正常行为的数据点,这是制造业、医学影像和网络安全等多个领域的常见问题。近年来,生成对抗网络(GANs)在处理时间序列异常检测方面展现出有效性。GANs的神经网络架构(即生成器和判别器)能够显著提升异常检测的准确性。本文提出一种新型GAN模型——调整型LSTM生成对抗网络(ALGAN),该模型通过调整LSTM网络的输出,在无监督环境下改进单变量和多变量时间序列数据的异常检测性能。我们基于46个真实世界单变量时间序列数据集和一个跨领域的大型多变量数据集对ALGAN进行评估。实验表明,ALGAN在时间序列异常检测任务中优于传统方法、基于神经网络的方法以及其他基于GAN的方法。

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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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