Anomaly detection is of paramount importance in many real-world domains, characterized by evolving behavior. Lifelong learning represents an emerging trend, answering the need for machine learning models that continuously adapt to new challenges in dynamic environments while retaining past knowledge. However, limited efforts are dedicated to building foundations for lifelong anomaly detection, which provides intrinsically different challenges compared to the more widely explored classification setting. In this paper, we face this issue by exploring, motivating, and discussing lifelong anomaly detection, trying to build foundations for its wider adoption. First, we explain why lifelong anomaly detection is relevant, defining challenges and opportunities to design anomaly detection methods that deal with lifelong learning complexities. Second, we characterize learning settings and a scenario generation procedure that enables researchers to experiment with lifelong anomaly detection using existing datasets. Third, we perform experiments with popular anomaly detection methods on proposed lifelong scenarios, emphasizing the gap in performance that could be gained with the adoption of lifelong learning. Overall, we conclude that the adoption of lifelong anomaly detection is important to design more robust models that provide a comprehensive view of the environment, as well as simultaneous adaptation and knowledge retention.


翻译:异常检测在众多以行为动态演变为特征的现实领域中至关重要。终身学习作为一种新兴趋势,满足了机器学习模型在动态环境中持续适应新挑战、同时保留过往知识的需求。然而,相较于已广泛研究的分类场景,终身异常检测存在本质不同的挑战,当前为其建立理论基础的努力仍十分有限。本文通过探索、论证与讨论终身异常检测这一议题,试图为其更广泛的应用奠定基础。首先,我们阐述了终身异常检测的相关性,定义了设计兼顾终身学习复杂性的异常检测方法所面临的挑战与机遇。其次,我们刻画了学习场景及场景生成流程,使研究者能够利用现有数据集开展终身异常检测实验。再次,我们在所提出的终身学习场景中对主流异常检测方法进行实验,揭示了采用终身学习所能弥补的性能差距。总体而言,我们认为采用终身异常检测对于设计更鲁棒的模型至关重要,这类模型既能提供对环境的全面视角,又能实现同步适应与知识保留。

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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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