Anomaly detection techniques enable effective anomaly detection and diagnosis in multi-variate time series data, which are of major significance for today's industrial applications. However, establishing an anomaly detection system that can be rapidly and accurately located is a challenging problem due to the lack of outlier tags, the high dimensional complexity of the data, memory bottlenecks in the actual hardware, and the need for fast reasoning. We have proposed an anomaly detection and diagnosis model -- DTAAD in this paper, based on Transformer, and Dual Temporal Convolutional Network(TCN). Our overall model will be an integrated design in which autoregressive model(AR) combines autoencoder(AE) structures, and scaling methods and feedback mechanisms are introduced to improve prediction accuracy and expand correlation differences. Constructed by us, the Dual TCN-Attention Network (DTA) only uses a single layer of Transformer encoder in our baseline experiment, that belongs to an ultra-lightweight model. Our extensive experiments on six publicly datasets validate that DTAAD exceeds current most advanced baseline methods in both detection and diagnostic performance. Specifically, DTAAD improved F1 scores by $8.38\%$, and reduced training time by $99\%$ compared to baseline. The code and training scripts are publicly on GitHub at https://github.com/Yu-Lingrui/DTAAD.


翻译:异常检测技术能够有效实现多变量时间序列数据中的异常检测与诊断,对于当今工业应用具有重要意义。然而,由于缺乏异常标签、数据的高维复杂性、实际硬件中的内存瓶颈以及快速推理的需求,建立能够快速准确定位的异常检测系统仍是一个具有挑战性的问题。本文提出了一种基于Transformer和双时域卷积网络(TCN)的异常检测与诊断模型——DTAAD。我们的整体模型采用自回归模型(AR)与自编码器(AE)结构相结合的集成设计,并引入缩放方法和反馈机制以提高预测精度并扩大相关性差异。我们构建的双时域卷积-注意力网络(DTA)在基线实验中仅使用单层Transformer编码器,属于超轻量级模型。在六个公开数据集上的大量实验验证表明,DTAAD在检测和诊断性能上均超越了当前最先进的基线方法。具体而言,与基线相比,DTAAD的F1分数提升了8.38%,训练时间减少了99%。相关代码和训练脚本已公开发布于GitHub平台,地址为https://github.com/Yu-Lingrui/DTAAD。

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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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