Unsupervised time series anomaly detection is instrumental in monitoring and alarming potential faults of target systems in various domains. Current state-of-the-art time series anomaly detectors mainly focus on devising advanced neural network structures and new reconstruction/prediction learning objectives to learn data normality (normal patterns and behaviors) as accurately as possible. However, these one-class learning methods can be deceived by unknown anomalies in the training data (i.e., anomaly contamination). Further, their normality learning also lacks knowledge about the anomalies of interest. Consequently, they often learn a biased, inaccurate normality boundary. This paper proposes a novel one-class learning approach, named calibrated one-class classification, to tackle this problem. Our one-class classifier is calibrated in two ways: (1) by adaptively penalizing uncertain predictions, which helps eliminate the impact of anomaly contamination while accentuating the predictions that the one-class model is confident in, and (2) by discriminating the normal samples from native anomaly examples that are generated to simulate genuine time series abnormal behaviors on the basis of original data. These two calibrations result in contamination-tolerant, anomaly-informed one-class learning, yielding a significantly improved normality modeling. Extensive experiments on six real-world datasets show that our model substantially outperforms twelve state-of-the-art competitors and obtains 6% - 31% F1 score improvement. The source code is available at \url{https://github.com/xuhongzuo/couta}.


翻译:不受监督的时间序列异常现象的检测有助于监测不同领域的目标系统,并可能出现惊人的潜在缺陷。当前最先进的时间序列异常现象探测器主要侧重于设计先进的神经网络结构以及新的重建/预测学习目标,以尽可能准确地学习数据正常性(正常模式和行为)。然而,这些单级学习方法可能会被培训数据中未知的异常现象(即异常污染)所蒙蔽。此外,他们的正常学习也缺乏对感兴趣的异常现象的了解。因此,他们往往会学到一种偏差和不准确的正常边界。本文提出一种新型的单级学习方法,名为校准一等分类,以解决这一问题。我们一等分类的分类用两种方法加以校准:(1) 通过调整对不确定预测加以惩罚,这有助于消除异常污染的影响,同时强调一等模型有信心的预测,以及(2) 将正常的样本从本地异常例子中区别开来,根据原始数据来源模拟真实的时间序列异常行为。这两套校准方法导致污染性、反常态/反常态的一等级分析,从而大幅改进了我们正常的模型。31级标准模型显示正常的模型。

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