Detecting abrupt changes in real-time data streams from scientific simulations presents a challenging task, demanding the deployment of accurate and efficient algorithms. Identifying change points in live data stream involves continuous scrutiny of incoming observations for deviations in their statistical characteristics, particularly in high-volume data scenarios. Maintaining a balance between sudden change detection and minimizing false alarms is vital. Many existing algorithms for this purpose rely on known probability distributions, limiting their feasibility. In this study, we introduce the Kernel-based Cumulative Sum (KCUSUM) algorithm, a non-parametric extension of the traditional Cumulative Sum (CUSUM) method, which has gained prominence for its efficacy in online change point detection under less restrictive conditions. KCUSUM splits itself by comparing incoming samples directly with reference samples and computes a statistic grounded in the Maximum Mean Discrepancy (MMD) non-parametric framework. This approach extends KCUSUM's pertinence to scenarios where only reference samples are available, such as atomic trajectories of proteins in vacuum, facilitating the detection of deviations from the reference sample without prior knowledge of the data's underlying distribution. Furthermore, by harnessing MMD's inherent random-walk structure, we can theoretically analyze KCUSUM's performance across various use cases, including metrics like expected delay and mean runtime to false alarms. Finally, we discuss real-world use cases from scientific simulations such as NWChem CODAR and protein folding data, demonstrating KCUSUM's practical effectiveness in online change point detection.


翻译:从科学模拟的实时数据流中检测突变是一项具有挑战性的任务,需要部署准确且高效的算法。识别实时数据流中的变点涉及持续检查新观测值在统计特征上的偏差,尤其是在高数据量场景下。在突变检测与最小化误报之间保持平衡至关重要。许多现有算法依赖已知概率分布,限制了其可行性。本研究引入基于核的累积和(KCUSUM)算法,作为传统累积和(CUSUM)方法的非参数扩展,该方法因其在较宽松条件下在线变点检测中的有效性而备受关注。KCUSUM通过直接将输入样本与参考样本进行比较,并基于最大均值差异(MMD)非参数框架计算统计量,从而将自身分割。该方法将KCUSUM的应用范围拓展至仅需参考样本的场景,例如真空中的蛋白质原子轨迹,无需事先了解数据分布即可检测与参考样本的偏差。此外,利用MMD固有的随机游走结构,我们可从理论上分析KCUSUM在各种用例中的性能,包括预期延迟和平均误报运行时间等指标。最后,我们讨论了来自科学模拟(如NWChem CODAR和蛋白质折叠数据)的实际应用案例,展示了KCUSUM在在线变点检测中的实际有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
2+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员