Current state-of-the-art multi-class unsupervised anomaly detection (MUAD) methods rely on training encoder-decoder models to reconstruct anomaly-free features. We first show these approaches have an inherent fidelity-stability dilemma in how they detect anomalies via reconstruction residuals. We then abandon the reconstruction paradigm entirely and propose Retrieval-based Anomaly Detection (RAD). RAD is a training-free approach that stores anomaly-free features in a memory and detects anomalies through multi-level retrieval, matching test patches against the memory. Experiments demonstrate that RAD achieves state-of-the-art performance across four established benchmarks (MVTec-AD, VisA, Real-IAD, 3D-ADAM) under both standard and few-shot settings. On MVTec-AD, RAD reaches 96.7\% Pixel AUROC with just a single anomaly-free image compared to 98.5\% of RAD's full-data performance. We further prove that retrieval-based scores theoretically upper-bound reconstruction-residual scores. Collectively, these findings overturn the assumption that MUAD requires task-specific training, showing that state-of-the-art anomaly detection is feasible with memory-based retrieval. Our code is available at https://github.com/longkukuhi/RAD.


翻译:当前最先进的多类别无监督异常检测方法依赖于训练编码器-解码器模型以重构无异常特征。我们首先揭示了这类方法在通过重构残差检测异常时存在固有的保真度-稳定性困境。随后,我们完全摒弃重构范式,提出了基于检索的异常检测方法。该方法是一种免训练方案,将无异常特征存储于记忆库中,并通过多级检索机制,将测试图像块与记忆库进行匹配以实现异常检测。实验表明,该方法在四个标准基准数据集(MVTec-AD、VisA、Real-IAD、3D-ADAM)的标准设置和少样本设置下均达到了最先进的性能。在MVTec-AD数据集上,仅使用单张无异常图像即可实现96.7%的像素级AUROC,而其全数据性能可达98.5%。我们进一步从理论上证明了基于检索的评分是重构残差评分的理论上界。这些发现共同颠覆了"多类别无监督异常检测需要任务特定训练"的固有认知,表明基于记忆检索的方案同样能实现最先进的异常检测性能。代码已开源:https://github.com/longkukuhi/RAD。

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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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