SVD-AE: An asymmetric autoencoder with SVD regularization for multivariate time series anomaly detection

自编码 异常检测 计算机科学 奇异值分解 多元统计 人工智能 编码器 模式识别(心理学) 正规化(语言学) 算法 机器学习 深度学习 操作系统
作者
Yueyue Yao,Jianghong Ma,Shanshan Feng,Xu Huang
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier BV]
卷期号:170: 535-547 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2023.11.023
摘要

Anomaly detection in multivariate time series is of critical importance in many real-world applications, such as system maintenance and Internet monitoring. In this article, we propose a novel unsupervised framework called SVD-AE to conduct anomaly detection in multivariate time series. The core idea is to fuse the strengths of both SVD and autoencoder to fully capture complex normal patterns in multivariate time series. An asymmetric autoencoder architecture is proposed, where two encoders are used to capture features in time and variable dimensions and a shared decoder is used to generate reconstructions based on latent representations from both dimensions. A new regularization based on singular value decomposition theory is designed to force each encoder to learn features in the corresponding axis with mathematical supports delivered. A specific loss component is further proposed to align Fourier coefficients of inputs and reconstructions. It can preserve details of original inputs, leading to enhanced feature learning capability of the model. Extensive experiments on three real world datasets demonstrate the proposed algorithm can achieve better performance on multivariate time series anomaly detection tasks under highly unbalanced scenarios compared with baseline algorithms.

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