Dynamic and temporal graphs are rich data structures that are used to model complex relationships between entities over time. In particular, anomaly detection in temporal graphs is crucial for many real world applications such as intrusion identification in network systems, detection of ecosystem disturbances and detection of epidemic outbreaks. In this paper, we focus on change point detection in dynamic graphs and address two main challenges associated with this problem: I) how to compare graph snapshots across time, II) how to capture temporal dependencies. To solve the above challenges, we propose Laplacian Anomaly Detection (LAD) which uses the spectrum of the Laplacian matrix of the graph structure at each snapshot to obtain low dimensional embeddings. LAD explicitly models short term and long term dependencies by applying two sliding windows. In synthetic experiments, LAD outperforms the state-of-the-art method. We also evaluate our method on three real dynamic networks: UCI message network, US senate co-sponsorship network and Canadian bill voting network. In all three datasets, we demonstrate that our method can more effectively identify anomalous time points according to significant real world events.


翻译:动态图和时间图是用来模拟各实体之间复杂关系的丰富数据结构,这些结构用来模拟不同时段的复杂关系。特别是,时间图中异常现象的探测对于许多真实世界应用至关重要,例如网络系统中的入侵识别、生态系统扰动探测和流行病爆发探测。在本文中,我们侧重于动态图中的变化点探测,并应对与这一问题有关的两个主要挑战:一)如何对图表的跨时间截图进行比较,二)如何捕捉时间依赖性。为了解决上述挑战,我们提议使用拉巴西安异常探测(LAD),它利用每次截图结构的拉普拉西安矩阵的频谱以获得低维度嵌入。LAD通过使用两个滑动窗口明确模拟短期和长期依赖性。在合成实验中,LAD优于最新的方法。我们还评估了我们三个真实动态网络的方法:UCI信息网络、美国参议院共同赞助网络和加拿大账单投票网络。在所有三个数据集中,我们证明我们的方法可以更有效地根据重要的真实世界事件确定异常时间点。

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