[ML] 9주차-2 : Building an Anomaly Detection System

k_dah·2021년 12월 7일
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MachineLearning_AndrewNg

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Machine Learning by professor Andrew Ng in Coursera

Anomaly Detection

1) Developing and evaluating an anomaly detection system

'이전 강의에서 배웠던 내용, the importance of real-number evaluation.
숫자로 결과를 명확하게 내려주는게 좋다고 했던..'

learning algorithm을 개발(feature 선택 등 ..)할 때 알고리즘을 평가해주는 방법 ('예를들어 정상인 데이터의 y=0, 비정상인 데이터의 y=1로 값을 주는 것처럼')이 있으면 결정을 내리기 훨씬 수월하다.

Aircraft engines motivation example


Algorithm evaluation


Q:Q:

따라서 이후에 배우는 F1scoreF_1score와 같은 단일 숫자로 표현되는 것을 평가 기준으로 삼는다.

2) Anomaly detection vs. Supervised learning

  • Anomaly detection
    • 양성 샘플(y=1y=1)이 매우 적다
    • 음성 샘플(y=0y=0)이 매우 많다.
    • anomalyanomaly한 데이터들의 유형이 다양하다.
      Hard for any algorithm to learn from positive examples what the anomalies look like;
      이후에 들어올 새로운 anomalyanomaly 데이터는 이전과는 전혀 다른 형태일 수 있다.
    • 예시
      • Fraud detection
      • Manufacturing
        많은 제품들 중 비정상 제품 탐지
      • Monitoring machines in a data center
        비정상적으로 작동하는 기계 탐지

만약 비정상 데이터들이 많아진다면 -> Supervised learning 으로 바꿔준다

  • Supervised learning
    • 양성 & 음성 샘플이 모두 골고루 많을 때
    • 충분히 많은 양성 샘플을 통해 학습 알고리즘이 양성 샘플에 대해 파악할 수 있다. 따라서 이후에 새로 들어올 양성 샘플들은 학습 알고리즘이 알고 있는 것과 유사한 형태를 가진다.
      '양성샘플의 형태를 예측할 수 있다.'
    • 예시
      • Email spam classification
      • Weather prediction (sunny / rainy / etc.)
      • Cancer classificatio

골고루 많을 때

3) Choosing what features to use

feature가 반드시 Gaussian을 따라야 하는 것은 아니다.
하지만 Gaussian을 따르면 더 좋기 때문에 log\log를 이용해 transformationtransformation 해준다.

Error Analysis for Anomaly Detection


정상 샘플의 p(x)p(x)는 높고 비정상 샘플의 p(x)p(x)는 낮은 것이 이상적이다.
하지만 실제로는 정상, 비정상 샘플의 p(x)p(x)는 서로 비슷하다.

따라서 anomalousanomalous이면서 p(x)p(x)가 큰 경우들을 따로 뽑아 아예 새로운 특성으로 만들어버린다.

Monitoring computers in a data center


값이 아주 크거나 작은, 즉 anomalyanomaly일 것 같은 특성들을 고른다.

x1= memory use of computerx_1 = \text{ memory use of computer}
x2= number of disk accesses/secx_2 = \text{ number of disk accesses/sec}
x3= CPU loadx_3 = \text{ CPU load}
x4= network trafficx_4 = \text{ network traffic}

주어진 특성이 위와 같다.
이때 x3x_3x4x_4는 서로 선형적으로 증가한다.
예를 들어 웹서버 중 하나가 무한루프에 갇혀 버렸다고 해보자.
이때 cpu양은 증가하는 반면 traffic은 증가하지 못한다.
이러한 anomalyanomaly를 감지하기 위해
x5=cpu load / network trafficx_5 = \text{cpu load / network traffic}인 특성을 새로 추가할 수 있다.
또는 조금 더 신박하게 cpu load\text{cpu load}제곱값을 network traffic\text{network traffic} 으로 나눠준다.

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