Detecting anomalies in time series data is important in a variety of fields, including system monitoring, healthcare, and cybersecurity. While the abundance of available methods makes it difficult to choose the most appropriate method for a given application, each method has its strengths in detecting certain types of anomalies. In this study, we compare six unsupervised anomaly detection methods of varying complexity to determine whether more complex methods generally perform better and if certain methods are better suited to certain types of anomalies. We evaluated the methods using the UCR anomaly archive, a recent benchmark dataset for anomaly detection. We analyzed the results on a dataset and anomaly type level after adjusting the necessary hyperparameters for each method. Additionally, we assessed the ability of each method to incorporate prior knowledge about anomalies and examined the differences between point-wise and sequence-wise features. Our experiments show that classical machine learning methods generally outperform deep learning methods across a range of anomaly types.


翻译:检测时间序列数据中的异常在系统监控、医疗保健和网络安全等多个领域具有重要意义。尽管现有方法繁多,使得为特定应用选择最合适的方法变得困难,但每种方法在检测特定类型的异常时都有其优势。本研究比较了六种复杂度各异的无监督异常检测方法,以确定更复杂的方法是否通常表现更好,以及某些方法是否更适用于特定类型的异常。我们使用最新的异常检测基准数据集UCR异常档案对方法进行评估。在调整每种方法的必要超参数后,我们从数据集和异常类型两个层面分析了结果。此外,我们评估了每种方法融入异常先验知识的能力,并考察了点级特征与序列级特征之间的差异。实验表明,在多种异常类型中,传统机器学习方法通常优于深度学习方法。

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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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