Detección de anomalías de hipersfera multi-clase basada en el conjunto de exposición de valores atípicos de borde y margen
Autores: Gao, Min; Liu, Xuan; Xu, Di; Yang, Guowei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Detección de anomalías de hipersfera multi-clase basada en el conjunto de exposición de valores atípicos de borde y margen
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Límite de decisión
Algoritmo de detección de anomalías multiclase
Aprendizaje profundo
Región de clase positiva
Características de muestra anormal
Detección de anomalías en hipersferas multiclase
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Actualmente, el límite de decisión del algoritmo de detección de anomalías multiclase basado en aprendizaje profundo no captura adecuadamente la región de la clase positiva, lo que plantea un riesgo de que las características de muestras anómalas caigan en el dominio de las características de muestras normales y potencialmente conduzcan a resultados engañosos en aplicaciones prácticas. Frente a los problemas mencionados, este documento propone un nuevo método llamado detección de anomalías multiclase basado en hiperesferas (MMHAD) utilizando el conjunto de exposición de valores atípicos de borde y margen. El método tiene como objetivo utilizar redes neuronales convolucionales para el entrenamiento conjunto de todas las clases de objetos normales, identificar un conjunto compartido de exposiciones de valores atípicos, aprender características de identificación compactas y establecer parámetros de borde apropiados para guiar al modelo en el mapeo de valores atípicos fuera de la hiperesfera. Este enfoque permite una detección más completa de varios tipos de excepciones. Los experimentos demuestran que el algoritmo es superior al método de referencia más avanzado, con una mejora del 26.0%, 8.2% y 20.1% en CIFAR-10 y del 14.8%, 12.0% y 20.1% en FMNIST en los casos de (2/8), (5/5) y (9,1), respectivamente. Además, investigamos el desafiante caso (2/18) en CIFAR-100, donde nuestro método logra aproximadamente un aumento del 17.4% en AUROC. Por último, para un conjunto de datos de reciclaje de residuos con el caso (4/1), nuestro MMHAD produce una notable mejora del 22% en el rendimiento. Los resultados experimentales muestran la efectividad del modelo propuesto en la detección de anomalías de clasificación multiclase.
Descripción
Actualmente, el límite de decisión del algoritmo de detección de anomalías multiclase basado en aprendizaje profundo no captura adecuadamente la región de la clase positiva, lo que plantea un riesgo de que las características de muestras anómalas caigan en el dominio de las características de muestras normales y potencialmente conduzcan a resultados engañosos en aplicaciones prácticas. Frente a los problemas mencionados, este documento propone un nuevo método llamado detección de anomalías multiclase basado en hiperesferas (MMHAD) utilizando el conjunto de exposición de valores atípicos de borde y margen. El método tiene como objetivo utilizar redes neuronales convolucionales para el entrenamiento conjunto de todas las clases de objetos normales, identificar un conjunto compartido de exposiciones de valores atípicos, aprender características de identificación compactas y establecer parámetros de borde apropiados para guiar al modelo en el mapeo de valores atípicos fuera de la hiperesfera. Este enfoque permite una detección más completa de varios tipos de excepciones. Los experimentos demuestran que el algoritmo es superior al método de referencia más avanzado, con una mejora del 26.0%, 8.2% y 20.1% en CIFAR-10 y del 14.8%, 12.0% y 20.1% en FMNIST en los casos de (2/8), (5/5) y (9,1), respectivamente. Además, investigamos el desafiante caso (2/18) en CIFAR-100, donde nuestro método logra aproximadamente un aumento del 17.4% en AUROC. Por último, para un conjunto de datos de reciclaje de residuos con el caso (4/1), nuestro MMHAD produce una notable mejora del 22% en el rendimiento. Los resultados experimentales muestran la efectividad del modelo propuesto en la detección de anomalías de clasificación multiclase.