python异常检测 - Stochastic Outlier Selection (SOS)

前言

随机离群选择SOS算法全称stochastic outlier selection algorithm. 该算法的作者是jeroen janssens. SOS算法是一种无监督的异常检测算法.

随机离群选择SOS算法原理

随机离群选择SOS算法的输入:

• 特征矩阵(feature martrix)或者相异度矩阵（dissimilarity matrix）

随机离群选择SOS算法的输出:

• 一个异常概率值向量（每个点对应一个）.

随机离群选择SOS算法的基本思想：

• 一个点和其它所有点的关联度（affinity）都很小的时候，它就是一个异常点。

随机离群选择SOS实现

随机利群选择SOS的的实现原理：
　　
　　将特征矩阵（feature martrix）或者相异度矩阵（dissimilarity matrix）输入给SOS算法，会返回一个异常概率值向量（每个点对应一个）。SOS的思想是：当一个点和其它所有点的关联度（affinity）都很小的时候，它就是一个异常点。

SOS的流程：

1.随机抽样：首先，从原始数据集中随机抽样生成多个子集。每个子集包含原始数据集的一部分样本。
2.距离度量：对于每个子集，计算其中每一对样本之间的距离。通常使用的是欧氏距离或其他合适的距离度量。这一步旨在捕捉子集内样本的相对分布情况。
3.离群得分计算： 对于每个样本，计算其到其他样本的平均距离。离群得分越高，表示该样本越可能是离群点。这个过程有助于识别在整个数据集中相对较远的样本。
4.阈值设定： 根据计算得到的离群得分设定一个阈值。样本的离群得分超过该阈值的话，就被认为是离群点。

相异度矩阵D是各样本两两之间的度量距离, 比如欧式距离或汉明距离等。关联度矩阵反映的是 度量距离方差, 如关联度矩阵中密度可视化所示, 点 的密度最大, 方差最小; 的密度最小, 方差最大。而关联概率 矩阵 (binding probability matrix)就是把关联矩阵(affinity matrix)按行归一化得到的, 如图关联矩阵归一化所 示。

关联度矩阵中密度可视化

关联矩阵归一化

得到了binding probability matrix，每个点的异常概率值就用如下的公式计算，当一个点和其它所有点的关联度（affinity）都很小的时候，它就是一个异常点。

代码实现

import pandas as pd
from sksos import SOS
iris = pd.read_csv("http://bit.ly/iris-csv")
X = iris.drop("Name", axis=1).values
detector = SOS()
iris["score"] = detector.predict(X)
iris.sort_values("score", ascending=False).head(10)

参考资料
收藏！14 种Python异常检测方法总结
【异常检测】数据挖掘领域常用异常检测算法总结以及原理解析