时间序列异常检测实验工具脚本使用说明

说明

本工具用于进行时间序列异常检测模型实验，基于PyTorch框架实现的深度学习训练脚本。 为了方便实验创新，本工具封装了dataloader、训练流程、测试流程、评估流程、日志记录与模型导出功能， 并内置了部分数据集、预处理算法、模型与评估方法。 在进行创新实验时，可以仅修改数据集、预处理算法、模型与评估方法四个内容中的一个就开始快速实验，节省实验的冗余代码开发。 数据集、预处理算法、模型与评估方法四部分内容进行自定义时，请按照指定格式设计。 实验的参数请通过config.ini文件进行设置。

如需特殊接口，请联系开发人员郑延钦，邮箱:zhengyanqin@iie.ac.cn

安装

环境依赖

python==3.9.7

* eventlet==0.33.3
* gevent==22.10.2
* loguru==0.6.0
* numpy==1.21.2
* pandas==1.4.1
* scikit_learn==1.2.2
* torch==1.10.2
* tqdm==4.63.1

python第三方库安装方法

pip3 install -r requirements.txt

配置文件参数说明

config.ini文件用于配置相关设置，包括数据集、算法模型、预处理方法、评估方法、模型参数加载、实验基本参数与自定义参数。

[Dataset]
# 填写数据集名称（文件夹名称），同时训练测试多个数据集，请用逗号隔开
# 请确保数据集已经按照要求格式放置在./dataset路径下
name=SWAT

[Method]
# 填写模型名称（文件名称，不用写".py"），同时训练测试多个算法，请用逗号隔开
# 请确保模型文件已经按照要求格式放置在./model路径下
# 模型名称请全部由字母组成
name=MtadGatAtt

[Preprocess]
# 填写预处理方法名称（文件名称，不用写".py"）
# 请确保预处理方法文件已经按照要求格式放置在./preprocess路径下
name=standardization

[Evaluation]
# 填写评估方法名称（文件名称，不用写".py"），同时使用多个评估方法，请用逗号隔开
# 请确保评估方法文件已经按照要求格式放置在./evaluation路径下
name=f1,f1pa,ftad,affiliation

[ModelPath]
# 模型加载先前参数，请用"模型名_数据集名"作为变量名
# 路径名称从TSAD文件夹下开始写相对路径，或者直接写绝对路径
MtadGatAtt_SWAT=none

[BaseParameters]
# train表示是否训练模型，请填写true或者false，为false时，仅测试模型
train=true
# epoch表示训练轮数，请填写正整数
epochs=20
# batch-size表示每个batch的尺寸，请填写正整数
batch_size=32
# learning-rate表示学习率，建议不要高于0.001
learning_rate=1e-4
# device表示使用的设备，可以选auto、cpu、cuda，其中auto代表自动判断，有gpu使用gpu，没有则使用cpu；选gpu时需要选择gpu序号，例如cuda:0
device=auto

[CustomParameters]
# 此处可以填入自定义参数，数量不限，用于填写特殊需求输入，例如模型文件所需的所有外部参数，构建数据集的部分参数
# 输入数据长度input_size，即截取数据的窗口长度
input_size=60
# 输出数据长度output_size
output_size=1
# 截取数据的窗口的移动步长
step=1
# 数据集文件（csv）中，第一行是否需要忽略（第一行为列名的话需要忽略）
del_column_name=true
# 数据集文件（csv）中，第一列是否是时间戳
time_index=true

启动与停止

通过运行main.py脚本文件，启动程序。可以选择 start | stop | daemon 三个参数。

• start是启动普通进程，前台运行，日志实时输出并本地记录，可输出训练进度条。
• stop是停止当前实验进程。
• daemon是启动守护进程，后台运行程序，日志仅保存本地，日志不包含训练进度条内容。

如无输入参数，默认选择start参数。使用方法如下所示：

python3 main.py start/stop/daemon  

本工具会输出实验日志、所有模型的最佳检测标签、模型参数文件到./records路径下。

数据集文件配置说明

所有数据集文件，均存放在./dataset路径下。 数据集可以包含子数据集，数据以csv格式文件存储，必须包含train.csv和test.csv。

• train.csv和test.csv的数据内容必须全为数值型数据，第一行可保留列名。
• train.csv和test.csv如包含时间戳，请置于第一列。
• test.csv最后一列为异常标签，建议用0表示正常数据，1表示异常数据（如标签含义相反，本工具会自动识别并反转标签）。

数据集路径示例如下：

└── dataset
    ├── 数据集1名称
    │   ├── 子数据集1名称
    │   │   ├── train.csv
    │   │   ├── test.csv
    │   ├── 子数据集2名称
    ...
    │   └── 子数据集m名称
    ├── 数据集2名称
    │   ├── train.csv
    │   └── test.csv
    ...
    └── 数据集n名称

预处理文件配置说明

所有预处理方法的文件，均存放在./preprocess路径下，并写入__init__文件。 每个预处理方法单独建立一个文件，新建预处理方法的命名全部采用英文和数字组成，文件名称直接使用预处理方法的命名。

文件内需包含MyDataset类，MyDataset类继承torch.utils.data.Dataset，必须定义__len__、__getitem__两个方法。 各个方法的具体设计要求，详见./preprocess/template.py文件。

模型文件配置说明

所有模型结构的文件，需存放于./method路径下，并写入__init__文件。 每个模型单独建立一个文件，新建模型的命名全部采用英文和数字组成，文件名称直接使用模型的命名。

文件内需包含Model类，Model类继承nn.Module，必须定义forward方法、loss方法和detection方法。 各个方法的具体设计要求，详见./method/template.py文件。

评估方法文件配置说明

所有评估方法的文件，需存放于./evaluation路径下，并写入__init__文件。 每个评估方法单独建立一个文件，新建评估方法的命名全部采用英文和数字组成，文件名称直接使用模型的命名。

文件内需定义evaluate方法，方法的输入输出设计详见./evaluation/template.py文件。