Erkennung von Anomalien und Veränderung in Graphsequenzen

Abstract

Wir verzeichnen einen erheblichen Zuwachs an Daten, die von Sensornetzen und sozialen Netzwerken gesammelt werden, verursacht durch technologische Entwicklungen und die Verbreitung sozialer Plattformen. Die Auswertung dieser riesigen Datenströme ist eine wichtige Aufgabe für die Wissenschaft ebenso wie für die Industrie. Da Datenströme von Sensoren (sei es physischen oder virtuellen) in der Regel funktionale Abhängigkeiten aufweisen, erweisen sich Graphen als reichhaltige Strukturen, die in der Lage sind, sowohl Informationen auf der Ebene der Sensoren/Entitäten als auch die komplexen Beziehungen zwischen den Entitäten zu modellieren. Diese graphbasierte Repräsentation wiederum ermöglicht uns, mittels Graph Neural Networks und Geometric Deep Learning, Inferenzen in Bezug auf Graphsequenzen anzustellen. Im Allgemeinen gehen solche Verarbeitungsverfahren allerdings von der Hypothese der Stationarität aus, die nicht immer gegeben ist, z.B. wenn eine Alterung der Sensoren, eine zeitliche Varianz oder eine Veränderungen in den Präferenzen der Nutzer auf sozialen Plattformen vorliegt. In dieser Dissertation befassen wir uns mit dem Problem der Identifizierung von Veränderungen der Stationarität, die durch unbekannte Phänomene im zugrundeliegenden Datenerzeu- gungsprozess verursacht werden und sich in der Sequenz der Graphen zeigen. Die wissenschaftlichen Ergebnisse erlauben es uns, auch das Problem der Erkennung von Anomalien zu behandeln, das in der Tat eine wertvolle Fortsetzung der Forschung darstellt. Wir betrachten eine allgemeine Familie von mit Attributen versehenen Graphen mit nicht-identifizierten Knoten, um ein möglichst breites Spektrum von Anwendungen abzudecken. Der Hauptbeitrag dieser Arbeit besteht in einer Methodik zur Verarbeitung einer Sequenz von Graphen, um unerwartete Ereignisse (Änderungen der Stationaritäten und/oder Auftreten von Anomalien) im Datenerzeugungsprozess zu erkennen. Die Methodik beruht auf der Entwicklung neuartiger Embeddings auf Graphenebene und Methoden zur Erkennung von Veränderungen, die durch ein solides theoretischen Grundgerüst unterstützt werden.