Time series anomaly detection (TSAD) plays a crucial role in various industries by identifying atypical patterns that deviate from standard trends, thereby maintaining system integrity and enabling prompt response measures. Traditional TSAD models, which often rely on deep learning, require extensive training data and operate as black boxes, lacking interpretability for detected anomalies. To address these challenges, we propose LLMAD, a novel TSAD method that employs Large Language Models (LLMs) to deliver accurate and interpretable TSAD results. LLMAD innovatively applies LLMs for in-context anomaly detection by retrieving both positive and negative similar time series segments, significantly enhancing LLMs' effectiveness. Furthermore, LLMAD employs the Anomaly Detection Chain-of-Thought (AnoCoT) approach to mimic expert logic for its decision-making process. This method further enhances its performance and enables LLMAD to provide explanations for their detections through versatile perspectives, which are particularly important for user decision-making. Experiments on three datasets indicate that our LLMAD achieves detection performance comparable to state-of-the-art deep learning methods while offering remarkable interpretability for detections. To the best of our knowledge, this is the first work that directly employs LLMs for TSAD.


翻译:时间序列异常检测(TSAD)在各行业中发挥着关键作用,它通过识别偏离标准趋势的非典型模式来维护系统完整性,并支持及时采取应对措施。传统的TSAD模型通常依赖深度学习,需要大量训练数据且以黑盒方式运行,对检测到的异常缺乏可解释性。为应对这些挑战,我们提出LLMAD——一种新颖的TSAD方法,该方法利用大语言模型(LLMs)来提供准确且可解释的TSAD结果。LLMAD创新性地通过检索正负相似时间序列片段,将LLMs应用于上下文异常检测,显著提升了LLMs的检测效能。此外,LLMAD采用异常检测思维链(AnoCoT)方法模拟专家逻辑进行决策推理。该方法进一步提升了检测性能,并使LLMAD能够通过多维度视角为检测结果提供解释,这对用户决策尤为重要。在三个数据集上的实验表明,我们的LLMAD在达到与最先进深度学习方法相当的检测性能的同时,还为检测结果提供了显著的可解释性。据我们所知,这是首个直接运用LLMs进行TSAD的研究工作。

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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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