Reconstruction-based anomaly detection for multivariate time series using contrastive generative adversarial networks

计算机科学 系列(地层学) 人工智能 异常检测 异常(物理) 机器学习 生成语法 对抗制 多元统计 模式识别(心理学) 地质学 凝聚态物理 物理 古生物学
作者
Jiawei Miao,Haicheng Tao,Haoran Xie,Jianshan Sun,Jie Cao
出处
期刊:Information Processing and Management [Elsevier]
卷期号:61 (1): 103569-103569 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.ipm.2023.103569
摘要

The majority of existing anomaly detection methods for multivariate time series are based on Transformers and Autoencoders owing to their superior capabilities. However, these methods are susceptible to overfitting when there is insufficient data. To address this issue, we propose a novel unsupervised anomaly detection framework, which seamlessly integrates contrastive learning and Generative Adversarial Networks. More concretely, we utilize data augmentation techniques that incorporate geometric distribution masks to expand our training data, thereby enhancing its diversity. Then, a Transformer-based Autoencoder is trained within a Generative Adversarial Network framework to capture the underlying distribution for normal points. Additionally, we incorporate a contrastive loss into our discriminator to effectively regulate the GAN and ensure good generalization. Finally, anomalies are detected based on reconstruction errors. Numerous experiments on five real-world datasets demonstrated that our proposed method can effectively mitigates overfitting issues and obtains superior performance compared to state-of-the-art approaches. In particular, our model could achieve an average improvement of 9.28% in Precision, 11.33% in Recall, and 11.73% in F1-score.
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