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il y a 4 mois

Modèle de mélange de Gaussienne à autoencodeur profond pour la détection non supervisée d'anomalies

{Cristian Lumezanu Wei Cheng Qi Song Daeki Cho Bo Zong Martin Renqiang Min Haifeng Chen}

Modèle de mélange de Gaussienne à autoencodeur profond pour la détection non supervisée d'anomalies

Résumé

La détection non supervisée d’anomalies sur des données multi- ou hautement dimensionnelles revêt une importance capitale tant dans la recherche fondamentale en apprentissage automatique que dans les applications industrielles, où l’estimation de densité joue un rôle central. Bien que les approches précédentes fondées sur une réduction de dimensionnalité suivie d’une estimation de densité aient permis des progrès significatifs, elles souffrent principalement de deux inconvénients majeurs : un apprentissage de modèle déconnecté avec des objectifs d’optimisation incohérents, et une incapacité à préserver l’information essentielle dans l’espace de faible dimension. Dans cet article, nous proposons un modèle profond appelé Deep Autoencoding Gaussian Mixture Model (DAGMM) pour la détection non supervisée d’anomalies. Notre modèle utilise un autoencodeur profond afin d’obtenir une représentation de faible dimension ainsi qu’une erreur de reconstruction pour chaque point de données d’entrée, lesquels sont ensuite alimentés dans un modèle à mélanges de Gaussiennes (GMM). Contrairement aux approches classiques utilisant un apprentissage en deux étapes déconnectées et l’algorithme standard d’Expectation-Maximization (EM), DAGMM optimise simultanément les paramètres de l’autoencodeur profond et du modèle de mélange de façon end-to-end, en exploitant un réseau de estimation distinct pour faciliter l’apprentissage des paramètres du modèle de mélange. Cette optimisation conjointe, qui équilibre efficacement la reconstruction par autoencodage, l’estimation de densité de la représentation latente et la régularisation, permet à l’autoencodeur d’éviter les optima locaux peu attractifs et de réduire davantage les erreurs de reconstruction, tout en éliminant la nécessité d’un pré-entraînement. Les résultats expérimentaux sur plusieurs jeux de données publics de référence montrent que DAGMM surpasse significativement les techniques les plus avancées en détection d’anomalies, avec une amélioration pouvant atteindre 14 % en termes de score F1 standard.

Benchmarks

BenchmarkMéthodologieMétriques
unsupervised-anomaly-detection-with-specifiedDAGMM
AUC-ROC: 0.883
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-1DAGMM
AUC-ROC: 0.846
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-10DAGMM
AUC-ROC: 0.624
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-11DAGMM
AUC-ROC: 0.784
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-12DAGMM
AUC-ROC: 0.784
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-13DAGMM
AUC-ROC: 0.616
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-14DAGMM
AUC-ROC: 0.780
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-15DAGMM
AUC-ROC: 0.477
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-16DAGMM
AUC-ROC: 0.503
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-17DAGMM
AUC-ROC: 0.708
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-18DAGMM
AUC-ROC: 0.793
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-19DAGMM
AUC-ROC: 0.710
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-20DAGMM
AUC-ROC: 0.826
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-21DAGMM
AUC-ROC: 0.778
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-22DAGMM
AUC-ROC: 0.629
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-23DAGMM
AUC-ROC: 0.613
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-24DAGMM
AUC-ROC: 0.914
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-25DAGMM
AUC-ROC: 0.769
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-26DAGMM
AUC-ROC: 0.960
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-27DAGMM
AUC-ROC: 0.788
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-5DAGMM
AUC-ROC: 0.911
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-6DAGMM
AUC-ROC: 0.883
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-7DAGMM
AUC-ROC: 0.850
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-8DAGMM
AUC-ROC: 0.574
unsupervised-anomaly-detection-with-specified-9DAGMM
AUC-ROC: 0.494

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