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。

当应用于具有高级别方差的目标类别的复杂数据集时，基于异常检测的基于异常检测的方法趋于下降。类似于转移学习中使用的自学学习的想法，许多域具有类似的未标记数据集，可以作为分发超出样本的代理。在本文中，我们介绍了来自类似域的未标记数据的潜在不敏感的AutoEncoder（LIS-AE）用作阳性示例以形成常规AutoEncoder的潜在层（瓶颈），使得它仅能够重建一个任务。我们为拟议的培训流程和损失职能提供了理论理的理由以及广泛的消融研究，突出了我们模型的重要方面。我们在多个异常检测设置中测试我们的模型，呈现定量和定性分析，展示了我们对异常检测任务模型的显着性能改进。

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。

Deep autoencoders, and other deep neural networks, have demonstrated their e ectiveness in discovering non-linear features across many problem domains. However, in many real-world problems, large outliers and pervasive noise are commonplace, and one may not have access to clean training data as required by standard deep denoising autoencoders. Herein, we demonstrate novel extensions to deep autoencoders which not only maintain a deep autoencoders' ability to discover high quality, non-linear features but can also eliminate outliers and noise without access to any clean training data. Our model is inspired by Robust Principal Component Analysis, and we split the input data X into two parts, X = L D + S, where L D can be e ectively reconstructed by a deep autoencoder and S contains the outliers and noise in the original data X . Since such spli ing increases the robustness of standard deep autoencoders, we name our model a "Robust Deep Autoencoder (RDA)". Further, we present generalizations of our results to grouped sparsity norms which allow one to distinguish random anomalies from other types of structured corruptions, such as a collection of features being corrupted across many instances or a collection of instances having more corruptions than their fellows. Such "Group Robust Deep Autoencoders (GRDA)" give rise to novel anomaly detection approaches whose superior performance we demonstrate on a selection of benchmark problems.

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。

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。

Deep autoencoder has been extensively used for anomaly detection. Training on the normal data, the autoencoder is expected to produce higher reconstruction error for the abnormal inputs than the normal ones, which is adopted as a criterion for identifying anomalies. However, this assumption does not always hold in practice. It has been observed that sometimes the autoencoder "generalizes" so well that it can also reconstruct anomalies well, leading to the miss detection of anomalies. To mitigate this drawback for autoencoder based anomaly detector, we propose to augment the autoencoder with a memory module and develop an improved autoencoder called memory-augmented autoencoder, i.e. MemAE. Given an input, MemAE firstly obtains the encoding from the encoder and then uses it as a query to retrieve the most relevant memory items for reconstruction. At the training stage, the memory contents are updated and are encouraged to represent the prototypical elements of the normal data. At the test stage, the learned memory will be fixed, and the reconstruction is obtained from a few selected memory records of the normal data. The reconstruction will thus tend to be close to a normal sample. Thus the reconstructed errors on anomalies will be strengthened for anomaly detection. MemAE is free of assumptions on the data type and thus general to be applied to different tasks. Experiments on various datasets prove the excellent generalization and high effectiveness of the proposed MemAE.

该行业许多领域的自动化越来越多地要求为检测异常事件设计有效的机器学习解决方案。随着传感器的普遍存在传感器监测几乎连续地区的复杂基础设施的健康，异常检测现在可以依赖于以非常高的频率进行采样的测量，从而提供了在监视下的现象的非常丰富的代表性。为了充分利用如此收集的信息，观察不能再被视为多变量数据，并且需要一个功能分析方法。本文的目的是探讨近期对实际数据集的功能设置中异常检测技术的性能。在概述最先进的和视觉描述性研究之后，比较各种异常检测方法。虽然功能设置中的异常分类（例如，形状，位置）在文献中记录，但为所识别的异常分配特定类型似乎是一个具有挑战性的任务。因此，鉴于模拟研究中的这些突出显示类型，现有方法的强度和弱点是基准测试。接下来在两个数据集上评估异常检测方法，与飞行中的直升机监测和建筑材料的光谱相同有关。基准分析由从业者的建议指导结束。

The detection of anomalies in time series data is crucial in a wide range of applications, such as system monitoring, health care or cyber security. While the vast number of available methods makes selecting the right method for a certain application hard enough, different methods have different strengths, e.g. regarding the type of anomalies they are able to find. In this work, we compare six unsupervised anomaly detection methods with different complexities to answer the questions: Are the more complex methods usually performing better? And are there specific anomaly types that those method are tailored to? The comparison is done on the UCR anomaly archive, a recent benchmark dataset for anomaly detection. We compare the six methods by analyzing the experimental results on a dataset- and anomaly type level after tuning the necessary hyperparameter for each method. Additionally we examine the ability of individual methods to incorporate prior knowledge about the anomalies and analyse the differences of point-wise and sequence wise features. We show with broad experiments, that the classical machine learning methods show a superior performance compared to the deep learning methods across a wide range of anomaly types.

在异常检测（AD）中，给出了识别测试样本是否异常，给出了正常样本的数据集。近期和有希望的广告方法依赖于深度生成模型，例如变形自动化器（VAES），用于对正常数据分布的无监督学习。在半监督广告（SSAD）中，数据还包括标记异常的小样本。在这项工作中，我们提出了两个用于SSAD培训VAES的两个变分方法。两种方法中的直观思路是将编码器训练到潜在向量之间的“分开”以进行正常和异常数据。我们表明，这个想法可以源于问题的原则概率制剂，并提出了简单有效的算法。我们的方法可以应用于各种数据类型，因为我们在从自然图像到天文学和医学的SSAD数据集上展示，可以与任何VAE模型架构相结合，并且自然与合奏相兼容。与未特定于特定数据类型的最先进的SSAD方法比较时，我们获得了异常值检测的显着改进。

We consider the problem of anomaly detection in images, and present a new detection technique. Given a sample of images, all known to belong to a "normal" class (e.g., dogs), we show how to train a deep neural model that can detect out-of-distribution images (i.e., non-dog objects). The main idea behind our scheme is to train a multi-class model to discriminate between dozens of geometric transformations applied on all the given images. The auxiliary expertise learned by the model generates feature detectors that effectively identify, at test time, anomalous images based on the softmax activation statistics of the model when applied on transformed images. We present extensive experiments using the proposed detector, which indicate that our technique consistently improves all known algorithms by a wide margin.1 Unless otherwise mentioned, the use of the adjective "normal" is unrelated to the Gaussian distribution.32nd Conference on Neural Information Processing Systems (NIPS 2018),

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。

新奇检测是识别不属于目标类分布的样本的任务。在培训期间，缺乏新颖的课程，防止使用传统分类方法。深度自动化器已被广泛用作许多无监督的新奇检测方法的基础。特别地，上下文自动码器在新颖的检测任务中已经成功了，因为他们通过从随机屏蔽的图像重建原始图像来学习的更有效的陈述。然而，上下文AutoEncoders的显着缺点是随机屏蔽不能一致地涵盖输入图像的重要结构，导致次优表示 - 特别是对于新颖性检测任务。在本文中，为了优化输入掩蔽，我们设计了由两个竞争网络，掩模模块和重建器组成的框架。掩码模块是一个卷积的AutoEncoder，用于生成涵盖最重要的图像的最佳掩码。或者，重建器是卷积编码器解码器，其旨在从屏蔽图像重建未受带的图像。网络训练以侵略的方式训练，其中掩模模块生成应用于给予重构的图像的掩码。以这种方式，掩码模块寻求最大化重建错误的重建错误最小化。当应用于新颖性检测时，与上下文自动置换器相比，所提出的方法学习语义上更丰富的表示，并通过更新的屏蔽增强了在测试时间的新颖性检测。 MNIST和CIFAR-10图像数据集上的新奇检测实验证明了所提出的方法对尖端方法的优越性。在用于新颖性检测的UCSD视频数据集的进一步实验中，所提出的方法实现了最先进的结果。

异常检测旨在识别数据点，这些数据点显示了未标记数据集中大多数数据的系统偏差。一个普遍的假设是，可以使用干净的培训数据（没有异常），这在实践中通常会违反。我们提出了一种在存在与广泛模型兼容的未标记异常的情况下训练异常检测器的策略。这个想法是在更新模型参数时将二进制标签共同推断为每个基准（正常与异常）。受到异常暴露的启发（Hendrycks等人，2018年），该暴露考虑合成创建，标记为异常，我们因此使用了两个共享参数的损失的组合：一个用于正常参数，一个用于异常数据。然后，我们对参数和最可能（潜在）标签进行块坐标更新。我们在三个图像数据集，30个表格数据集和视频异常检测基准上使用几个主链模型进行了实验，对基线显示了一致且显着的改进。

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。

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。

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。

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.

在运行时检测新颖类的问题称为开放式检测，对于各种现实世界应用，例如医疗应用，自动驾驶等。在深度学习的背景下进行开放式检测涉及解决两个问题：（i）：（i）必须将输入图像映射到潜在表示中，该图像包含足够的信息来检测异常值，并且（ii）必须学习一个可以从潜在表示中提取此信息以识别异常情况的异常评分函数。深度异常检测方法的研究缓慢进展。原因之一可能是大多数论文同时引入了新的表示学习技术和新的异常评分方法。这项工作的目的是通过提供分别衡量表示学习和异常评分的有效性的方法来改善这种方法。这项工作做出了两项方法论贡献。首先是引入甲骨文异常检测的概念，以量化学习潜在表示中可用的信息。第二个是引入Oracle表示学习，该学习产生的表示形式可以保证足以准确的异常检测。这两种技术可帮助研究人员将学习表示的质量与异常评分机制的性能分开，以便他们可以调试和改善系统。这些方法还为通过更好的异常评分机制改善了多少开放类别检测提供了上限。两个牙齿的组合给出了任何开放类别检测方法可以实现的性能的上限。这项工作介绍了这两种Oracle技术，并通过将它们应用于几种领先的开放类别检测方法来演示其实用性。

我们考虑为移动机器人构建视觉异常检测系统的问题。标准异常检测模型是使用仅由非异常数据组成的大型数据集训练的。但是，在机器人技术应用中，通常可以使用（可能很少）的异常示例。我们解决了利用这些数据以通过与Real-NVP损失共同使辅助外离群损失损失共同使实际NVP异常检测模型的性能提高性能的问题。我们在新的数据集（作为补充材料）上进行定量实验，该数据集在室内巡逻方案中设计为异常检测。在不连接测试集中，我们的方法优于替代方案，并表明即使少数异常框架也可以实现重大的性能改进。