Today, a large amount of time series data is being produced from a variety of different devices such as smart speakers, cell phones and vehicles. This data can be used to make inferences and predictions. Neural network based methods are among one of the most popular ways to model time series data. The field of neural networks is constantly expanding and new methods and model variants are frequently introduced. In 2018, a new family of neural networks was introduced. Namely, Neural Ordinary Differential Equations (Neural ODEs). Neural ODEs have shown great potential in modelling the dynamics of temporal data. Here we present an investigation into using Neural Ordinary Differential Equations for anomaly detection. We tested two model variants, LSTM-ODE and latent-ODE. The former model utilises a neural ODE to model the continuous-time hidden state in between observations of an LSTM model, the latter is a variational autoencoder that uses the LSTM-ODE as encoding and a Neural ODE as decoding. Both models are suited for modelling sparsely and irregularly sampled time series data. Here, we test their ability to detect anomalies on various sparsity and irregularity ofthe data. The models are compared to a Gaussian mixture model, a vanilla LSTM model and an LSTM variational autoencoder. Experimental results using the Human Activity Recognition dataset showed that the Neural ODEbased models obtained a better ability to detect anomalies compared to their LSTM based counterparts. However, the computational training cost of the Neural ODE models were considerably higher than for the models that onlyutilise the LSTM architecture. The Neural ODE based methods were also more memory consuming than their LSTM counterparts. / Idag produceras en stor mängd tidsseriedata från en mängd olika enheter som smarta högtalare, mobiltelefoner och fordon. Denna datan kan användas för att dra slutsatser och förutsägelser. Neurala nätverksbaserade metoder är bland de mest populära sätten att modellera tidsseriedata. Mycket forskning inom området neurala nätverk pågår och nya metoder och modellvarianter introduceras ofta. Under 2018 introducerades en ny familj av neurala nätverk. Nämligen, Neurala Ordinära Differentialekvationer (NeuralaODE:er). Neurala ODE:er har visat en stor potential i att modellera dynamiken hos temporal data. Vi presenterar här en undersökning i att använda neuralaordinära differentialekvationer för anomalidetektion. Vi testade två olika modellvarianter, en som kallas LSTM-ODE och en annan som kallas latent-ODE.Den förstnämnda använder Neurala ODE:er för att modellera det kontinuerliga dolda tillståndet mellan observationer av en LSTM-modell, den andra är en variational autoencoder som använder LSTM-ODE som kodning och en Neural ODE som avkodning. Båda dessa modeller är lämpliga för att modellera glest och oregelbundet samplade tidsserier. Därför testas deras förmåga att upptäcka anomalier på olika gleshet och oregelbundenhet av datan. Modellerna jämförs med en gaussisk blandningsmodell, en vanlig LSTM modell och en LSTM variational autoencoder. Experimentella resultat vid användning av datasetet Human Activity Recognition (HAR) visade att de Neurala ODE-baserade modellerna erhöll en bättre förmåga att upptäcka avvikelser jämfört med deras LSTM-baserade motsvarighet. Träningstiden förde Neurala ODE-baserade modellerna var dock betydligt långsammare än träningstiden för deras LSTM-baserade motsvarighet. Neurala ODE-baserade metoder krävde också mer minnesanvändning än deras LSTM motsvarighet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-342519 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Hlöðver Friðriksson, Jón, Ågren, Erik |
| Publisher | KTH, Matematisk statistik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2021:408 |
Page generated in 0.0027 seconds