Unsupervised learning-based anomaly detection in latent space has gained importance since discriminating anomalies from normal data becomes difficult in high-dimensional space. Both density estimation and distance-based methods to detect anomalies in latent space have been explored in the past. These methods prove that retaining valuable properties of input data in latent space helps in the better reconstruction of test data. Moreover, real-world sensor data is skewed and non-Gaussian in nature, making mean-based estimators unreliable for skewed data. Again, anomaly detection methods based on reconstruction error rely on Euclidean distance, which does not consider useful correlation information in the feature space and also fails to accurately reconstruct the data when it deviates from the training distribution. In this work, we address the limitations of reconstruction error-based autoencoders and propose a kernelized autoencoder that leverages a robust form of Mahalanobis distance (MD) to measure latent dimension correlation to effectively detect both near and far anomalies. This hybrid loss is aided by the principle of maximizing the mutual information gain between the latent dimension and the high-dimensional prior data space by maximizing the entropy of the latent space while preserving useful correlation information of the original data in the low-dimensional latent space. The multi-objective function has two goals -- it measures correlation information in the latent feature space in the form of robust MD distance and simultaneously tries to preserve useful correlation information from the original data space in the latent space by maximizing mutual information between the prior and latent space.

异常检测是指识别偏离正常模式的观察，这是各个领域的活跃研究区域。最近，数据量表越来越多，复杂性和维度将传统的表示和基于统计的异常检测方法变得具有挑战性。在本文中，我们利用了高光谱图像异常检测的生成模型。 GIST是模拟正常数据的分布，而分布外样品可以被视为异常值。首先，研究了基于变分的基于异常的检测方法。理论上和经验地发现它们由于距离强烈的概念（$ F $ -divergence）作为正则化而不稳定。其次，本文介绍了切片的Wasserstein距离，与F分歧相比，这是一种较弱的分布措施。然而，随机切片的数量难以估计真正的距离。最后，我们提出了一个投影的切片Wasserstein（PSW）基于AutoEncoder的异常筛选方法。特别是，我们利用计算友好的特征分解方法来找到切片高维数据的主成分。此外，我们所提出的距离可以用闭合形式计算，即使是先前的分布也不是高斯。在各种现实世界高光谱异常检测基准上进行的综合实验证明了我们提出的方法的卓越性能。

我们如何检测异常：也就是说，与给定的一组高维数据（例如图像或传感器数据）显着不同的样品？这是众多应用程序的实际问题，也与使学习算法对意外输入更强大的目标有关。自动编码器是一种流行的方法，部分原因是它们的简单性和降低维度的能力。但是，异常评分函数并不适应正常样品范围内重建误差的自然变化，这阻碍了它们检测实际异常的能力。在本文中，我们从经验上证明了局部适应性对具有真实数据的实验中异常评分的重要性。然后，我们提出了新颖的自适应重建基于错误的评分方法，该方法根据潜在空间的重建误差的局部行为来适应其评分。我们表明，这改善了各种基准数据集中相关基线的异常检测性能。

异常（或异常值）在现实世界的经验观察中普遍存在，并且潜在地掩盖了重要的基础结构。准确识别异常样品对于下游数据分析任务的成功至关重要。为了自动识别异常，我们提出了概率鲁棒性自动编码器（PRAE）。 PRAE的目的是同时删除异常值并确定嵌入式样品的低维表示。我们首先提出了强大的自动编码器（RAE）目标，作为将数据拆分为嵌入式和离群值的最小化问题。我们的目标旨在排除离群值，同时包括可以使用自动编码器（AE）有效重建的样本（Inliers）的子集。 RAE最小化自动编码器的重建误差，同时合并尽可能多的样品。可以通过减去$ \ ell_0 $ norm对重建项中所选样本的数量进行$ \ ell_0 $ norm来制定这一点。不幸的是，这导致了一个棘手的组合问题。因此，我们提出了两种RAE的概率放松，它们是可区分的，可以减轻组合搜索的需求。我们证明，解决PRAE问题的解决方案等效于RAE的解决方案。我们使用合成数据来表明PRAE可以准确地删除广泛污染水平的异常值。最后，我们证明，使用PRAE进行异常检测会导致各种基准数据集中的最新结果。

异常检测是确定不符合正常数据分布的样品。由于异常数据的无法获得，培训监督的深神经网络是一项繁琐的任务。因此，无监督的方法是解决此任务的常见方法。深度自动编码器已被广泛用作许多无监督的异常检测方法的基础。但是，深层自动编码器的一个显着缺点是，它们通过概括重建异常值来提供不足的表示异常检测的表示。在这项工作中，我们设计了一个对抗性框架，该框架由两个竞争组件组成，一个对抗性变形者和一个自动编码器。对抗性变形器是一种卷积编码器，学会产生有效的扰动，而自动编码器是一个深层卷积神经网络，旨在重建来自扰动潜在特征空间的图像。这些网络经过相反的目标训练，在这种目标中，对抗性变形者会产生用于编码器潜在特征空间的扰动，以最大化重建误差，并且自动编码器试图中和这些扰动的效果以最大程度地减少它。当应用于异常检测时，该提出的方法会由于对特征空间的扰动应用而学习语义上的富裕表示。所提出的方法在图像和视频数据集上的异常检测中优于现有的最新方法。

We present a detailed study on Variational Autoencoders (VAEs) for anomalous jet tagging at the Large Hadron Collider. By taking in low-level jet constituents' information, and training with background QCD jets in an unsupervised manner, the VAE is able to encode important information for reconstructing jets, while learning an expressive posterior distribution in the latent space. When using the VAE as an anomaly detector, we present different approaches to detect anomalies: directly comparing in the input space or, instead, working in the latent space. In order to facilitate general search approaches such as bump-hunt, mass-decorrelated VAEs based on distance correlation regularization are also studied. We find that the naive mass-decorrelated VAEs fail at maintaining proper detection performance, by assigning higher probabilities to some anomalous samples. To build a performant mass-decorrelated anomalous jet tagger, we propose the Outlier Exposed VAE (OE-VAE), for which some outlier samples are introduced in the training process to guide the learned information. OE-VAEs are employed to achieve two goals at the same time: increasing sensitivity of outlier detection and decorrelating jet mass from the anomaly score. We succeed in reaching excellent results from both aspects. Code implementation of this work can be found at https://github.com/taolicheng/VAE-Jet

变化自动编码器（VAE）最近已用于对复杂密度分布的无监督分离学习。存在许多变体，以鼓励潜在空间中的分解，同时改善重建。但是，在达到极低的重建误差和高度分离得分之间，没有人同时管理权衡。我们提出了一个普遍的框架，可以在有限的优化下应对这一挑战，并证明它在平衡重建时，它优于现有模型的最先进模型。我们介绍了三个可控的拉格朗日超级参数，以控制重建损失，KL差异损失和相关度量。我们证明，重建网络中的信息最大化等于在合理假设和约束放松下摊销过程中的信息最大化。

无监督的异常检测对于未来在大型数据集中搜索稀有现象的分析可能至关重要，例如在LHC收集的。为此，我们介绍了一个受到物理启发的变量自动编码器（VAE）体系结构，该体系结构在LHC奥运会机器学习挑战数据集中竞争性和稳健性。我们证明了如何将某些物理可观察物直接嵌入VAE潜在空间中，同时使分类器显然是不可知的，可以帮助识别和表征测得的光谱中的特征，这是由于数据集中存在异常而引起的。

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。

在印刷电路板（PCB）的组装过程中，大多数误差是由表面安装装置（SMD）中的焊点引起的。在文献中，传统的特征提取基于方法需要设计手工制作的特征，并依赖于分层的RGB照明来检测焊接接头误差，而基于监督的卷积神经网络（CNN）的方法需要大量标记的异常样本（有缺陷的焊点）实现高精度。为了解决无限制环境中的光学检查问题，没有特殊的照明，没有无差错的参考板，我们提出了一种用于异常检测的新的Beta变化AutoEncoders（Beta-VAE）架构，可以在IC上工作和非IC组件。我们表明，拟议的模型学会了Disondled的数据表示，导致更独立的功能和改进的潜在空间表示。我们比较用于表征异常的激活和基于梯度的表示;并观察不同Beta参数对精度的影响，并在β-VAE中的特征表示中的影响。最后，我们表明，可以通过在没有指定的硬件或特征工程的直接正常样品上培训的模型来检测焊点上的异常。

半监督异常检测旨在使用在正常数据上培训的模型来检测来自正常样本的异常。随着近期深度学习的进步，研究人员设计了高效的深度异常检测方法。现有作品通常使用神经网络将数据映射到更具内容性的表示中，然后应用异常检测算法。在本文中，我们提出了一种方法，DASVDD，它共同学习AutoEncoder的参数，同时最小化其潜在表示上的封闭超球的音量。我们提出了一个异常的分数，它是自动化器的重建误差和距离潜在表示中封闭边距中心的距离的组合。尽量减少这种异常的分数辅助我们在培训期间学习正常课程的潜在分布。包括异常分数中的重建错误确保DESVDD不受常见的极度崩溃问题，因为DESVDD模型不会收敛到映射到潜在表示中的恒定点的常量点。几个基准数据集上的实验评估表明，该方法优于常用的最先进的异常检测算法，同时在不同的异常类中保持鲁棒性能。

机器学习模型通常会遇到与训练分布不同的样本。无法识别分布（OOD）样本，因此将该样本分配给课堂标签会显着损害模​​型的可靠性。由于其对在开放世界中的安全部署模型的重要性，该问题引起了重大关注。由于对所有可能的未知分布进行建模的棘手性，检测OOD样品是具有挑战性的。迄今为止，一些研究领域解决了检测陌生样本的问题，包括异常检测，新颖性检测，一级学习，开放式识别识别和分布外检测。尽管有相似和共同的概念，但分别分布，开放式检测和异常检测已被独立研究。因此，这些研究途径尚未交叉授粉，创造了研究障碍。尽管某些调查打算概述这些方法，但它们似乎仅关注特定领域，而无需检查不同领域之间的关系。这项调查旨在在确定其共同点的同时，对各个领域的众多著名作品进行跨域和全面的审查。研究人员可以从不同领域的研究进展概述中受益，并协同发展未来的方法。此外，据我们所知，虽然进行异常检测或单级学习进行了调查，但没有关于分布外检测的全面或最新的调查，我们的调查可广泛涵盖。最后，有了统一的跨域视角，我们讨论并阐明了未来的研究线，打算将这些领域更加紧密地融为一体。

Time series anomaly detection has applications in a wide range of research fields and applications, including manufacturing and healthcare. The presence of anomalies can indicate novel or unexpected events, such as production faults, system defects, or heart fluttering, and is therefore of particular interest. The large size and complex patterns of time series have led researchers to develop specialised deep learning models for detecting anomalous patterns. This survey focuses on providing structured and comprehensive state-of-the-art time series anomaly detection models through the use of deep learning. It providing a taxonomy based on the factors that divide anomaly detection models into different categories. Aside from describing the basic anomaly detection technique for each category, the advantages and limitations are also discussed. Furthermore, this study includes examples of deep anomaly detection in time series across various application domains in recent years. It finally summarises open issues in research and challenges faced while adopting deep anomaly detection models.

用木材制成的木材和森林产品，例如家具，是宝贵的商品，就像许多高估的自然资源的全球贸易一样，面临腐败，欺诈和非法收获的挑战。木材和森林产品部门的这些灰色和黑色市场活动不仅限于收获木材的国家，而是在整个全球供应链中扩展，并与非法金融流有关，例如基于贸易的洗钱，记录欺诈，种类标签和其他非法活动。在没有地面真理的情况下，使用贸易数据找到此类欺诈活动的任务可以作为无监督的异常检测问题进行建模。但是，现有的方法在其对大规模贸易数据的适用性方面存在某些缺点。贸易数据是异质的，具有表格格式的分类和数值属性。总体挑战在于数据的复杂性，数量和速度，具有大量实体和缺乏地面真相标签。为了减轻这些方法，我们提出了一种新型的无监督异常检测 - 基于对比度学习的异质异常检测（CHAD），通常适用于大规模的异质表格数据。我们证明，我们的模型CHAD对公共基准数据集的多个可比较基线表现出色，并且在贸易数据的情况下优于它们。更重要的是，我们证明我们的方法减少了假设和努力所需的高参数调整，这在无监督的培训范式中是一个关键的挑战。具体而言，我们的总体目标涉及使用提单贸易记录数据账单来检测可疑的木材运输和模式。在运输记录中检测异常交易可以使政府机构和供应链成分进一步调查。

与许多其他任务一样，神经网络对于异常检测目的而言非常有效。但是，很少有深度学习模型适合于在表格数据集上检测异常。本文提出了一种新的方法来标记基于Tracin的异常，这是最初引入的出于明确目的而引入的影响度量。所提出的方法可以增加任何无监督的深度异常检测方法。我们使用变异自动编码器测试我们的方法，并表明训练点子样本对测试点的平均影响可以作为异常的代理。与最先进的方法相比，我们的模型被证明具有竞争力：它在医疗和网络安全表格基准数据上的检测准确性方面具有可比性或更好的性能。

在智能交通系统中，交通拥堵异常检测至关重要。运输机构的目标有两个方面：监视感兴趣领域的一般交通状况，并在异常拥堵状态下定位道路细分市场。建模拥塞模式可以实现这些目标，以实现全市道路的目标，相当于学习多元时间序列（MTS）的分布。但是，现有作品要么不可伸缩，要么无法同时捕获MTS中的空间信息。为此，我们提出了一个由数据驱动的生成方法组成的原则性和全面的框架，该方法可以执行可拖动的密度估计来检测流量异常。我们的方法在特征空间中的第一群段段，然后使用条件归一化流以在无监督的设置下在群集级别识别异常的时间快照。然后，我们通过在异常群集上使用内核密度估计器来识别段级别的异常。关于合成数据集的广泛实验表明，我们的方法在召回和F1得分方面显着优于几种最新的拥塞异常检测和诊断方法。我们还使用生成模型来采样标记的数据，该数据可以在有监督的环境中训练分类器，从而减轻缺乏在稀疏设置中进行异常检测的标记数据。

分布（OOD）检测对于确保机器学习系统的可靠性和安全性至关重要。例如，在自动驾驶中，我们希望驾驶系统在发现在训练时间中从未见过的异常​​场景或对象时，发出警报并将控件移交给人类，并且无法做出安全的决定。该术语《 OOD检测》于2017年首次出现，此后引起了研究界的越来越多的关注，从而导致了大量开发的方法，从基于分类到基于密度到基于距离的方法。同时，其他几个问题，包括异常检测（AD），新颖性检测（ND），开放式识别（OSR）和离群检测（OD）（OD），在动机和方法方面与OOD检测密切相关。尽管有共同的目标，但这些主题是孤立发展的，它们在定义和问题设定方面的细微差异通常会使读者和从业者感到困惑。在这项调查中，我们首先提出一个称为广义OOD检测的统一框架，该框架涵盖了上述五个问题，即AD，ND，OSR，OOD检测和OD。在我们的框架下，这五个问题可以看作是特殊情况或子任务，并且更容易区分。然后，我们通过总结了他们最近的技术发展来审查这五个领域中的每一个，特别关注OOD检测方法。我们以公开挑战和潜在的研究方向结束了这项调查。

在能源系统的数字化中，传感器和智能电表越来越多地用于监视生产，运行和需求。基于智能电表数据的异常检测对于在早期阶段识别潜在的风险和异常事件至关重要，这可以作为及时启动适当动作和改善管理的参考。但是，来自能源系统的智能电表数据通常缺乏标签，并且包含噪声和各种模式，而没有明显的周期性。同时，在不同的能量场景中对异常的模糊定义和高度复杂的时间相关性对异常检测构成了巨大的挑战。许多传统的无监督异常检测算法（例如基于群集或基于距离的模型）对噪声不强大，也不完全利用时间序列中的时间依赖性以及在多个变量（传感器）中的其他依赖关系。本文提出了一种基于带有注意机制的变异复发自动编码器的无监督异常检测方法。凭借来自智能电表的“肮脏”数据，我们的方法预示了缺失的值和全球异常，以在训练中缩小其贡献。本文与基于VAE的基线方法和其他四种无监督的学习方法进行了定量比较，证明了其有效性和优势。本文通过一项实际案例研究进一步验证了所提出的方法，该研究方法是检测工业加热厂的供水温度异常。

我们提出了一种用于测试使用吸收材料记录辐射电磁（EM）场的天线阵列的新方法，并使用条件编码器解码器模型通过AI评估所得到的热图像串。鉴于馈送到每个阵列元件的信号的功率和相位，我们能够通过我们训练的模型重建正常序列，并将其与热相机观察到的真实序列进行比较。这些热图仅包含低级模式，例如各种形状的斑点。然后，基于轮廓的异常检测器可以将重建误差矩阵映射到异常的分数，以识别故障的天线阵列，并将分类F量度（F-M）增加到46％。我们在天线测试系统收集的时间序列热量量表上展示了我们的方法。传统上，变形自身摩擦（VAE）学习观察噪声可以产生比具有恒定噪声假设的VAE更好的结果。然而，我们证明这不是对这种低级模式的异常检测的情况，有两个原因。首先，结合所学到的观察噪声的基线度量重建概率不能分化异常模式。其次，具有较低观察噪声假设的VAE的接收器操作特性（ROC）曲线下的区域比具有学习噪声的VAE高出11.83％。

As the number of heterogenous IP-connected devices and traffic volume increase, so does the potential for security breaches. The undetected exploitation of these breaches can bring severe cybersecurity and privacy risks. Anomaly-based \acp{IDS} play an essential role in network security. In this paper, we present a practical unsupervised anomaly-based deep learning detection system called ARCADE (Adversarially Regularized Convolutional Autoencoder for unsupervised network anomaly DEtection). With a convolutional \ac{AE}, ARCADE automatically builds a profile of the normal traffic using a subset of raw bytes of a few initial packets of network flows so that potential network anomalies and intrusions can be efficiently detected before they cause more damage to the network. ARCADE is trained exclusively on normal traffic. An adversarial training strategy is proposed to regularize and decrease the \ac{AE}'s capabilities to reconstruct network flows that are out-of-the-normal distribution, thereby improving its anomaly detection capabilities. The proposed approach is more effective than state-of-the-art deep learning approaches for network anomaly detection. Even when examining only two initial packets of a network flow, ARCADE can effectively detect malware infection and network attacks. ARCADE presents 20 times fewer parameters than baselines, achieving significantly faster detection speed and reaction time.