Counterfactual Graph Learning for Anomaly Detection on Attributed Networks

反事实思维 虚假关系 计算机科学 异常检测 图形 机器学习 人工智能 数据建模 生成语法 数据挖掘 理论计算机科学 数据库 认识论 哲学
作者
Chunjing Xiao,Xovee Xu,Lei Yue,Kunpeng Zhang,Siyuan Liu,Fan Zhou
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [IEEE Computer Society]
卷期号:35 (10): 10540-10553 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tkde.2023.3250523
摘要

Graph anomaly detection is attracting remarkable multidisciplinary research interests ranging from finance, healthcare, and social network analysis. Recent advances on graph neural networks have substantially improved the detection performance via semi-supervised representation learning. However, prior work suggests that deep graph-based methods tend to learn spurious correlations. As a result, they fail to generalize beyond training data distribution. In this article, we aim to identify structural and contextual anomaly nodes in an attributed graph. Based on our preliminary data analyses, spurious correlations can be eliminated with causal subgraph interventions. Therefore, we propose a new graph-based anomaly detection model that can learn causal relations for anomaly detection while generalizing to new environments. To handle situations with varying environments, we steer the generative model to manufacture synthetic environment features, which are exerted on realistic subgraphs to generate counterfactual subgraphs. Further, these counterfactual subgraphs help a few-shot anomaly detection model learn transferable and causal relations across different environments. The experiments on three real-world attributed graphs show that the proposed approach achieves the best performance compared to the state-of-the-art baselines and learns robust causal representations resistant to noises and spurious correlations.

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