Anomaly detection in multivariate time series is a central challenge in industrial monitoring, as failures frequently arise from complex temporal dynamics and cross-sensor interactions. While recent deep learning models, including graph neural networks and Transformers, have demonstrated strong empirical performance, most approaches remain primarily correlational and offer limited support for causal interpretation and root-cause localization. This study introduces a causally-constrained probabilistic forecasting framework which is a Causally Guided Transformer (CGT) model for multivariate time-series anomaly detection, integrating an explicit time-lagged causal graph prior with deep sequence modeling. For each target variable, a dedicated forecasting block employs a hard parent mask derived from causal discovery to restrict the main prediction pathway to graph-supported causes, while a latent Gaussian head captures predictive uncertainty. To leverage residual correlational information without compromising the causal representation, a shadow auxiliary path with stop-gradient isolation and a safety-gated blending mechanism is incorporated to suppress non-causal contributions when reliability is low. Anomalies are identified using negative log-likelihood scores with adaptive streaming thresholding, and root-cause variables are determined through per-dimension probabilistic attribution and counterfactual clamping. Experiments on the ASD and SMD benchmarks indicate that the proposed method achieves state-of-the-art detection performance, with F1-scores of 96.19% on ASD and 95.32% on SMD, and enhances variable-level attribution quality. These findings suggest that causal structural priors can improve both robustness and interpretability in detecting deep anomalies in multivariate sensor systems.


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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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