Multivariate Time Series Anomaly Detection With Hierarchical Component-Aware

计算机科学 多元统计 系列(地层学) 异常检测 组分(热力学) 时间序列 数据挖掘 异常(物理) 人工智能 模式识别(心理学) 机器学习 地质学 凝聚态物理 热力学 物理 古生物学
作者
Han Liu,Zheng Zhang,Liang Xi,Fengbin Zhang
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12 (22): 48587-48596
标识
DOI:10.1109/jiot.2025.3605933
摘要

Multivariate time series anomaly detection (MTSAD) remains challenging due to the complexity of spatiotemporal dependencies, non-stationary dynamics, and heterogeneous variable interactions. Existing methods often struggle to simultaneously model correlations within and across different time series components, limiting their ability to capture hierarchical patterns at multiple scales. To address these issues, we propose HCAAD (Hierarchical Component-Aware multivariate time series Anomaly Detection), an unsupervised framework that combines frequency-adaptive multiscale decomposition with cross-component correlation modeling. First, we use a Fast Fourier Transform (FFT)-based decomposition to split the time series into multiple components. This step isolates long-term trends, seasonal cycles, and transient fluctuations. Second, we design a dynamic correlation matrix to explicitly model intra-and inter-component dependencies. An attention mechanism further refines these correlations by adaptively integrating global spatiotemporal patterns. Experiments on six benchmark datasets show that HCAAD consistently achieves state-of-the-art performance.
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