Boosting Positive and Unlabeled Learning for Anomaly Detection With Multi-Features

异常检测 计算机科学 Boosting(机器学习) 半监督学习 人工智能 机器学习 分类器(UML) 标记数据 利用 监督学习 异常(物理) 模式识别(心理学) 人工神经网络 凝聚态物理 计算机安全 物理
作者
Jiaqi Zhang,Zhenzhen Wang,Jingjing Meng,Yap‐Peng Tan,Junsong Yuan
出处
期刊:IEEE Transactions on Multimedia [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (5): 1332-1344 被引量:35
标识
DOI:10.1109/tmm.2018.2871421
摘要

One of the key challenges of machine learning-based anomaly detection relies on the difficulty of obtaining anomaly data for training, which is usually rare, diversely distributed, and difficult to collect. To address this challenge, we formulate anomaly detection as a Positive and Unlabeled (PU) learning problem where only labeled positive (normal) data and unlabeled (normal and anomaly) data are required for learning an anomaly detector. As a semi-supervised learning method, it does not require providing labeled anomaly data for the training, thus it is easily deployed to various applications. As the unlabeled data can be extremely unbalanced, we introduce a novel PU learning method, which can tackle the situation where an unlabeled data set is mostly composed of positive instances. We start by using a linear model to extract the most reliable negative instances followed by a self-learning process to add reliable negative and positive instances with different speeds based on the estimated positive class prior. Furthermore, when feedback is available, we adopt boosting in the self-learning process to advantageously exploit the instability characteristic of PU learning. The classifiers in the self-learning process are weighted combined based on the estimated error rate to build the final classifier. Extensive experiments on six real datasets and one synthetic dataset show that our methods have better results under different conditions compared to existing methods.

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