异常和异常值检测是机器学习中的长期问题。在某些情况下，异常检测容易，例如当从诸如高斯的良好特征的分布中抽出数据时。但是，当数据占据高维空间时，异常检测变得更加困难。我们呈现蛤蜊（聚类学习近似歧管），是任何度量空间中的歧管映射技术。 CLAM以快速分层聚类技术开始，然后根据使用多个几何和拓扑功能所选择的重叠群集，从群集树中引导图表。使用这些图形，我们实现了Chaoda（群集分层异常和异常值检测算法），探索了图形的各种属性及其组成集群以查找异常值。 Chaoda采用了一种基于培训数据集的转移学习形式，并将这些知识应用于不同基数，维度和域的单独测试集。在24个公开可用的数据集上，我们将Chaoda（按衡量ROC AUC）与各种最先进的无监督异常检测算法进行比较。六个数据集用于培训。 Chaoda优于16个剩余的18个数据集的其他方法。 CLAM和Chaoda规模大，高维“大数据”异常检测问题，并贯穿数据集和距离函数。克拉姆和Chaoda的源代码在github上自由地提供https://github.com/uri-abd/clam。
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流媒体数据中对异常的实时检测正在受到越来越多的关注，因为它使我们能够提高警报，预测故障并检测到整个行业的入侵或威胁。然而，很少有人注意比较流媒体数据（即在线算法）的异常检测器的有效性和效率。在本文中，我们介绍了来自不同算法家族（即基于距离，密度，树木或投影）的主要在线检测器的定性合成概述，并突出了其构建，更新和测试检测模型的主要思想。然后，我们对在线检测算法的定量实验评估以及其离线对应物进行了彻底的分析。检测器的行为与不同数据集（即元功能）的特征相关，从而提供了对其性能的元级分析。我们的研究介绍了文献中几个缺失的见解，例如（a）检测器对随机分类器的可靠性以及什么数据集特性使它们随机执行； （b）在线探测器在何种程度上近似离线同行的性能； （c）哪种绘制检测器的策略和更新原始图最适合检测仅在数据集的功能子空间中可见的异常； （d）属于不同算法家族的探测器的有效性与效率之间的权衡是什么； （e）数据集的哪些特定特征产生在线算法以胜过所有其他特征。
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异常的可视化和检测异常（异常值）对许多领域，特别是网络安全的重要性至关重要。在这些领域提出了几种方法，但我们的知识迄今为止，它们都不是在一个相干框架中同时或合作地满足了两个目标。引入了这些方法的可视化方法，用于解释检测算法的输出，而不是用于促进独立视觉检测的数据探测。这是我们的出发点：未经避免，不审视和非分析方法，对Vission（人类流程）和检测（算法）的异常值，分配不变的异常分数（标准化为$ [0,1] $） ，而不是硬二元决定。 Novely的新颖性的主要方面是它将数据转换为新的空间，该空间是在本文中引入的作为邻域累积密度函数（NCDF），其中进行了可视化和检测。在该空间中，异常值非常明显可区分，因此检测算法分配的异常分数在ROC曲线（AUC）下实现了高区域。我们在模拟和最近公布的网络安全数据集中评估了不避免，并将其与其中的三种最成功的异常检测方法进行比较：LOF，IF和FABOD。就AUC而言，不避免几乎是整体胜利者。这篇文章通过提供了对未避免的新理论和实际途径的预测来了解。其中包括设计一种可视化辅助异常检测（Vaad），一种软件通过提供不避免的检测算法（在后发动机中运行），NCDF可视化空间（呈现为绘图）以及其他传统方法在原始特征空间中的可视化，所有这些都在一个交互环境中链接。
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异常值是一个事件或观察，其被定义为不同于距群体的不规则距离的异常活动，入侵或可疑数据点。然而，异常事件的定义是主观的，取决于应用程序和域（能量，健康，无线网络等）。重要的是要尽可能仔细地检测异常事件，以避免基础设施故障，因为异常事件可能导致对基础设施的严重损坏。例如，诸如微电网的网络物理系统的攻击可以发起电压或频率不稳定性，从而损坏涉及非常昂贵的修复的智能逆变器。微电网中的不寻常活动可以是机械故障，行为在系统中发生变化，人体或仪器错误或恶意攻击。因此，由于其可变性，异常值检测（OD）是一个不断增长的研究领域。在本章中，我们讨论了使用AI技术的OD方法的进展。为此，通过多个类别引入每个OD模型的基本概念。广泛的OD方法分为六大类：基于统计，基于距离，基于密度的，基于群集的，基于学习的和合奏方法。对于每个类别，我们讨论最近最先进的方法，他们的应用领域和表演。之后，关于对未来研究方向的建议提供了关于各种技术的优缺点和挑战的简要讨论。该调查旨在指导读者更好地了解OD方法的最新进展，以便保证AI。
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在过去十年中，图形内核引起了很多关注，并在结构化数据上发展成为一种快速发展的学习分支。在过去的20年中，该领域发生的相当大的研究活动导致开发数十个图形内核，每个图形内核都对焦于图形的特定结构性质。图形内核已成功地成功地在广泛的域中，从社交网络到生物信息学。本调查的目标是提供图形内核的文献的统一视图。特别是，我们概述了各种图形内核。此外，我们对公共数据集的几个内核进行了实验评估，并提供了比较研究。最后，我们讨论图形内核的关键应用，并概述了一些仍有待解决的挑战。
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长序列中的子序列异常检测是在广泛域中应用的重要问题。但是，迄今为止文献中提出的方法具有严重的局限性：它们要么需要用于设计异常发现算法的先前领域知识，要么在与相同类型的复发异常情况下使用繁琐且昂贵。在这项工作中，我们解决了这些问题，并提出了一种适用于域的不可知论次序列异常检测的方法。我们的方法series2graph基于新型低维嵌入子序列的图表。 Series2Graph不需要标记的实例（例如监督技术）也不需要无异常的数据（例如零阳性学习技术），也不需要识别长度不同的异常。在迄今为止使用的最大合成和真实数据集的实验结果表明，所提出的方法正确地识别了单一和复发异常，而无需任何先验的特征，以优于多种差距的准确性，同时提高了几种竞争的方法，同时又表现出色更快的数量级。本文出现在VLDB 2020中。
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即使机器学习算法已经在数据科学中发挥了重要作用，但许多当前方法对输入数据提出了不现实的假设。由于不兼容的数据格式，或数据集中的异质，分层或完全缺少的数据片段，因此很难应用此类方法。作为解决方案，我们提出了一个用于样本表示，模型定义和培训的多功能，统一的框架，称为“ Hmill”。我们深入审查框架构建和扩展的机器学习的多个范围范式。从理论上讲，为HMILL的关键组件的设计合理，我们将通用近似定理的扩展显示到框架中实现的模型所实现的所有功能的集合。本文还包含有关我们实施中技术和绩效改进的详细讨论，该讨论将在MIT许可下发布供下载。该框架的主要资产是其灵活性，它可以通过相同的工具对不同的现实世界数据源进行建模。除了单独观察到每个对象的一组属性的标准设置外，我们解释了如何在框架中实现表示整个对象系统的图表中的消息推断。为了支持我们的主张，我们使用框架解决了网络安全域的三个不同问题。第一种用例涉及来自原始网络观察结果的IoT设备识别。在第二个问题中，我们研究了如何使用以有向图表示的操作系统的快照可以对恶意二进制文件进行分类。最后提供的示例是通过网络中实体之间建模域黑名单扩展的任务。在所有三个问题中，基于建议的框架的解决方案可实现与专业方法相当的性能。
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在M维数据点的云中，我们将如何发现，以及排名，单点和群体 - 异常？我们是第一个概括了两个维度的异常检测：第一维度是我们在统一的观点下处理点异常，以及组异常 - 我们将把它们称为广义异常。第二维度不仅可以检测到，而且还可以在可疑顺序中排名，但也排名，异常。异常检测和排名具有许多应用：例如，在癫痫患者的脑电图中，异常可能表明癫痫发作;在计算机网络流量数据中，它可能表示电源故障或DOS / DDOS攻击。我们首先设置一些合理的公理;令人惊讶的是，早期的方法都没有通过所有公理。我们的主要贡献是Gen2Out算法，具有以下理想的性质：（a）所指的原理和声音异常评分，使得探测器的公理组合，（b）倍增，在其检测到，以及排名的级别点和组异常，（c）可扩展，它是快速且可伸缩的，线性输入大小。 （d）有效，关于现实世界癫痫记录（200GB）的实验证明了临床医生证实Gen2Out的有效性。在27个现实世界基准数据集上的实验表明，GEN2OUT检测到准确性的地面真理组，匹配或优于点异常基线基线算法，没有对组异常的竞争，并且在储运机上需要大约2分钟的数据点。
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孤立森林（Iforest）近年来已经成为最受欢迎的异常检测器。它迭代地在树结构中执行轴平行的数据空间分区，以将偏差的数据对象与其他数据隔离，并且定义为异常得分的对象的隔离难度。 iForest在流行的数据集基准中显示出有效的性能，但其基于轴平行的线性数据分区无效地处理高维/非线性数据空间中的硬异常，甚至更糟糕的是，它导致了臭名昭著的算法偏见。为人工制品区域分配了出乎意料的较大的异常得分。有几个扩展的Iforest，但它们仍然专注于线性数据分区，无法有效地隔离这些硬异常。本文介绍了iforest，深层隔离森林的新型扩展。我们的方法提供了一种综合的隔离方法，可以在任何大小的子空间上任意将数据任意划分数据，从而有效地避免了线性分区中的算法偏置。此外，它仅需要随机初始化的神经网络（即，我们的方法中不需要优化）来确保分区的自由。这样一来，可以完全利用基于网络的随机表示和基于随机分区的隔离的所需随机性和多样性，以显着增强基于隔离集合的异常检测。此外，我们的方法还提供了数据型 - 敏捷的异常检测解决方案。通过简单地插入功能映射中的随机初始化的神经网络来检测不同类型数据中的异常。大量现实数据集的广泛经验结果表明，我们的模型对基于最新的隔离和基于非异常的异常检测模型有了显着改善。
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培训和测试监督对象检测模型需要大量带有地面真相标签的图像。标签定义图像中的对象类及其位置，形状以及可能的其他信息，例如姿势。即使存在人力，标签过程也非常耗时。我们引入了一个新的标签工具，用于2D图像以及3D三角网格：3D标记工具（3DLT）。这是一个独立的，功能丰富和跨平台软件，不需要安装，并且可以在Windows，MacOS和基于Linux的发行版上运行。我们不再像当前工具那样在每个图像上分别标记相同的对象，而是使用深度信息从上述图像重建三角形网格，并仅在上述网格上标记一次对象。我们使用注册来简化3D标记，离群值检测来改进2D边界框的计算和表面重建，以将标记可能性扩展到大点云。我们的工具经过最先进的方法测试，并且在保持准确性和易用性的同时，它极大地超过了它们。
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We review clustering as an analysis tool and the underlying concepts from an introductory perspective. What is clustering and how can clusterings be realised programmatically? How can data be represented and prepared for a clustering task? And how can clustering results be validated? Connectivity-based versus prototype-based approaches are reflected in the context of several popular methods: single-linkage, spectral embedding, k-means, and Gaussian mixtures are discussed as well as the density-based protocols (H)DBSCAN, Jarvis-Patrick, CommonNN, and density-peaks.
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图形离群值检测是一项具有许多应用程序的新兴但至关重要的机器学习任务。尽管近年来算法扩散，但缺乏标准和统一的绩效评估设置限制了它们在现实世界应用中的进步和使用。为了利用差距，我们（据我们所知）（据我们所知）第一个全面的无监督节点离群值检测基准为unod，并带有以下亮点：（1）评估骨架从经典矩阵分解到最新图形神经的骨架的14个方法网络； （2）在现实世界数据集上使用不同类型的注射异常值和自然异常值对方法性能进行基准测试； （3）通过在不同尺度的合成图上使用运行时和GPU存储器使用算法的效率和可扩展性。基于广泛的实验结果的分析，我们讨论了当前渠道方法的利弊，并指出了多个关键和有希望的未来研究方向。
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我们描述了作为黑暗机器倡议和LES Houches 2019年物理学研讨会进行的数据挑战的结果。挑战的目标是使用无监督机器学习算法检测LHC新物理学的信号。首先，我们提出了如何实现异常分数以在LHC搜索中定义独立于模型的信号区域。我们定义并描述了一个大型基准数据集，由> 10亿美元的Muton-Proton碰撞，其中包含> 10亿美元的模拟LHC事件组成。然后，我们在数据挑战的背景下审查了各种异常检测和密度估计算法，我们在一组现实分析环境中测量了它们的性能。我们绘制了一些有用的结论，可以帮助开发无监督的新物理搜索在LHC的第三次运行期间，并为我们的基准数据集提供用于HTTPS://www.phenomldata.org的未来研究。重现分析的代码在https://github.com/bostdiek/darkmachines-unsupervisedChallenge提供。
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Most existing model-based approaches to anomaly detection construct a profile of normal instances, then identify instances that do not conform to the normal profile as anomalies. This paper proposes a fundamentally different model-based method that explicitly isolates anomalies instead of profiles normal points. To our best knowledge, the concept of isolation has not been explored in current literature. The use of isolation enables the proposed method, iForest, to exploit sub-sampling to an extent that is not feasible in existing methods, creating an algorithm which has a linear time complexity with a low constant and a low memory requirement. Our empirical evaluation shows that iForest performs favourably to ORCA, a near-linear time complexity distance-based method, LOF and Random Forests in terms of AUC and processing time, and especially in large data sets. iForest also works well in high dimensional problems which have a large number of irrelevant attributes, and in situations where training set does not contain any anomalies.
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隔离林或“IFOREST”是一种直观且广泛使用的异常检测算法，其遵循一个简单而有效的想法：在给定的数据分布中，如果在某种变量和数据的范围内随机地均匀选择阈值（分割点）根据它们是否更大或小于此阈值，异常值更可能在较小的分区中最终或较小分区划分点。原始程序建议选择变量以在每个步骤中随机均匀地完成变量的变量，但本文表明“集群化”不同的异常值 - 通常比其他人更有趣的异常值 - 可以更多通过应用非均匀 - 随机的变量和/或阈值来容易地识别。比较不同的分割指导标准，发现一些结果导致某些异常值的明显差异更好。
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对于由硬件和软件组件组成的复杂分布式系统而言，异常检测是一个重要的问题。对此类系统的异常检测的要求和挑战的透彻理解对于系统的安全性至关重要，尤其是对于现实世界的部署。尽管有许多解决问题的研究领域和应用领域，但很少有人试图对这种系统进行深入研究。大多数异常检测技术是针对某些应用域的专门开发的，而其他检测技术则更为通用。在这项调查中，我们探讨了基于图的算法在复杂分布式异质系统中识别和减轻不同类型异常的重要潜力。我们的主要重点是在分布在复杂分布式系统上的异质计算设备上应用时，可深入了解图。这项研究分析，比较和对比该领域的最新研究文章。首先，我们描述了现实世界分布式系统的特征及其在复杂网络中的异常检测的特定挑战，例如数据和评估，异常的性质以及现实世界的要求。稍后，我们讨论了为什么可以在此类系统中利用图形以及使用图的好处。然后，我们将恰当地深入研究最先进的方法，并突出它们的优势和劣势。最后，我们评估和比较这些方法，并指出可能改进的领域。
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为了允许机器学习算法从原始数据中提取知识，必须首先清除，转换，并将这些数据置于适当的形式。这些通常很耗时的阶段被称为预处理。预处理阶段的一个重要步骤是特征选择，其目的通过减少数据集的特征量来更好地执行预测模型。在这些数据集中，不同事件的实例通常是不平衡的，这意味着某些正常事件被超出，而其他罕见事件非常有限。通常，这些罕见的事件具有特殊的兴趣，因为它们具有比正常事件更具辨别力。这项工作的目的是过滤提供给这些罕见实例的特征选择方法的实例，从而积极影响特征选择过程。在这项工作过程中，我们能够表明这种过滤对分类模型的性能以及异常值检测方法适用于该过滤。对于某些数据集，所产生的性能增加仅为百分点，但对于其他数据集，我们能够实现高达16％的性能的增加。这项工作应导致预测模型的改进以及在预处理阶段的过程中的特征选择更好的可解释性。本着公开科学的精神，提高了我们的研究领域的透明度，我们已经在公开的存储库中提供了我们的所有源代码和我们的实验结果。
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We combine the metrics of distance and isolation to develop the \textit{Analytic Isolation and Distance-based Anomaly (AIDA) detection algorithm}. AIDA is the first distance-based method that does not rely on the concept of nearest-neighbours, making it a parameter-free model. Differently from the prevailing literature, in which the isolation metric is always computed via simulations, we show that AIDA admits an analytical expression for the outlier score, providing new insights into the isolation metric. Additionally, we present an anomaly explanation method based on AIDA, the \textit{Tempered Isolation-based eXplanation (TIX)} algorithm, which finds the most relevant outlier features even in data sets with hundreds of dimensions. We test both algorithms on synthetic and empirical data: we show that AIDA is competitive when compared to other state-of-the-art methods, and it is superior in finding outliers hidden in multidimensional feature subspaces. Finally, we illustrate how the TIX algorithm is able to find outliers in multidimensional feature subspaces, and use these explanations to analyze common benchmarks used in anomaly detection.
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这篇综述的目的是将读者介绍到图表内，以将其应用于化学信息学中的分类问题。图内核是使我们能够推断分子的化学特性的功能，可以帮助您完成诸如寻找适合药物设计的化合物等任务。内核方法的使用只是一种特殊的两种方式量化了图之间的相似性。我们将讨论限制在这种方法上，尽管近年来已经出现了流行的替代方法，但最著名的是图形神经网络。
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异常检测或异常检测是数据分析中的重要任务。我们从几何学角度讨论问题，并提供一个框架来利用数据集的度量结构。我们的方法基于多种假设，即，所观察到的名义上高维数据位于较低的维歧管上，并且可以通过多种学习方法来推断这种内在结构。我们表明，利用这种结构可显着改善高维数据中外围观测值的检测。我们还基于数据流形的几何形状和拓扑结构，在数学上精确，精确且在结构异常值之间进行了新颖的区别，这是一个新颖的，并且阐明了整个文献中普遍存在的概念模棱两可。我们的实验将功能数据集中在一类结构化的高维数据上，但是我们提出的框架是完全一般的，我们包括图像和图形数据应用程序。我们的结果表明，可以使用歧管学习方法检测和可视化高维和非尾数据的离群结构，并使用应用于歧管嵌入向量的标准离群评分方法进行量化。
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