Time series anomaly prediction plays an essential role in many real-world scenarios, such as environmental prevention and prompt maintenance of cyber-physical systems. However, existing time series anomaly prediction methods mainly require supervised training with plenty of manually labeled data, which are difficult to obtain in practice. Besides, unseen anomalies can occur during inference, which could differ from the labeled training data and make these models fail to predict such new anomalies. In this paper, we study a novel problem of unsupervised time series anomaly prediction. We provide a theoretical analysis and propose Importance-based Generative Contrastive Learning (IGCL) to address the aforementioned problems. IGCL distinguishes between normal and anomaly precursors, which are generated by our anomaly precursor pattern generation module. To address the efficiency issues caused by the potential complex anomaly precursor combinations, we propose a memory bank with importance-based scores to adaptively store representative anomaly precursors and generate more complicated anomaly precursors. Extensive experiments on seven benchmark datasets show our method outperforms state-of-the-art baselines on unsupervised time series anomaly prediction problems.


翻译:时间序列异常预测在诸多现实场景中扮演着关键角色,例如环境灾害预防与信息物理系统的及时维护。然而,现有时间序列异常预测方法主要依赖大量人工标注数据进行有监督训练,这些数据在实践中难以获取。此外,在推理过程中可能出现未见过的异常,这些异常可能与标注的训练数据存在差异,导致现有模型无法有效预测此类新异常。本文研究了一种新颖的无监督时间序列异常预测问题。我们提供了理论分析,并提出基于重要性生成式对比学习(IGCL)以解决上述问题。IGCL通过我们设计的异常前兆模式生成模块产生的数据,区分正常模式与异常前兆。针对潜在复杂异常前兆组合导致的效率问题,我们提出了一种基于重要性得分的记忆库,能够自适应存储代表性异常前兆并生成更复杂的异常前兆模式。在七个基准数据集上的大量实验表明,本方法在无监督时间序列异常预测问题上优于当前最先进的基线模型。

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