Skip-Step Contrastive Predictive Coding for Time Series Anomaly Detection

计算机科学 异常检测 系列(地层学) 时间序列 预测编码 编码(社会科学) 人工智能 模式识别(心理学) 算法 机器学习 数学 统计 地质学 古生物学
作者
Kexin Zhang,Qingsong Wen,Chaoli Zhang,Liang Sun,Yong Liu
标识
DOI:10.1109/icassp48485.2024.10447104
摘要

Self-supervised learning (SSL) shows impressive performance in many tasks lacking sufficient labels. In this paper, we study SSL in time series anomaly detection (TSAD) by incorporating the characteristics of time series data. Specifically, we build an anomaly detection algorithm consisting of global pattern learning and local association learning. The global pattern learning module builds encoder and decoder to reconstruct the raw time series data to detect global anomalies. To complement the limitation of the global pattern learning that ignores local associations between anomaly points and their adjacent windows, we design a local association learning module, which leverages contrastive predictive coding (CPC) to transform the identification of anomaly points into positive pairs identification. Motivated by the observation that adjusting the distance between the history window and the time point to be detected directly impacts the detection performance in the CPC framework, we further propose a skip-step CPC scheme in the local association learning module which adjusts the distance for better construction of the positive pairs and detection results. The experimental results show that the proposed algorithm achieves superior performance on SMD and PSM datasets in comparison with 12 state-of-the-art algorithms.

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