The surge in real-time data collection across various industries has underscored the need for advanced anomaly detection in both univariate and multivariate time series data. This paper introduces TransNAS-TSAD, a framework that synergizes the transformer architecture with neural architecture search (NAS), enhanced through NSGA-II algorithm optimization. This approach effectively tackles the complexities of time series data, balancing computational efficiency with detection accuracy. Our evaluation reveals that TransNAS-TSAD surpasses conventional anomaly detection models due to its tailored architectural adaptability and the efficient exploration of complex search spaces, leading to marked improvements in diverse data scenarios. We also introduce the Efficiency-Accuracy-Complexity Score (EACS) as a new metric for assessing model performance, emphasizing the balance between accuracy and computational resources. TransNAS-TSAD sets a new benchmark in time series anomaly detection, offering a versatile, efficient solution for complex real-world applications. This research highlights the TransNAS-TSAD potential across a wide range of industry applications and paves the way for future developments in the field.


翻译:各行业实时数据采集的激增凸显了对单变量及多变量时间序列数据进行高级异常检测的迫切需求。本文提出TransNAS-TSAD框架,该框架将Transformer架构与神经架构搜索(NAS)相结合,并通过NSGA-II算法优化进行增强。该方法有效应对时间序列数据的复杂性,在计算效率与检测精度之间取得平衡。实验评估表明,TransNAS-TSAD凭借其定制化的架构适应性以及对复杂搜索空间的高效探索,显著优于传统异常检测模型,在不同数据场景中均实现了性能提升。我们还引入效率-精度-复杂度评分(EACS)作为评估模型性能的新指标,强调精度与计算资源之间的权衡。TransNAS-TSAD为时间序列异常检测树立了新标杆,为复杂现实应用提供了多功能、高效的解决方案。本研究凸显了TransNAS-TSAD在广泛工业应用中的潜力,并为该领域的未来研究奠定了基础。

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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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