2021年中国高校大数据挑战赛A题思路

A 智能运维中的异常检测与趋势预测
首先按题目要求整理好关键数据

虽然题目只要求用到了几个指标，但是其余指标也都可以用，可以用来描述设备的运行状态，怎么用要看第一问检测出的异常变动和其余哪些指标具有强相关性，如果有就可以作为后期预测的参考，没有就不做，
虽然本题目告诉了数据具有周期性，也谈到了异常，很明显时间序列解题方向是没错，用异常检测算法检测出异常数据，然后需要对异常数据进行修正，这里的修正我个人觉得不是简单套一个算法解决，数据异常只是设备的问题，而数据趋势肯定不和设备有关，虽然这道题没说舆情，但是自己想一下用户的活跃，是否和娱乐圈、电影、新冠疫情、股市期货、猪肉价格等等事件相关呢，这也并不是说要人人都去爬取微博、知乎、东方财富等网站的评论然后做热词分析，量太大时间也来不及，这里推荐百度指数、微指数、谷歌趋势、360趋势。

疫情数据国内外都可以，以及股市大盘的走向，或者比较关心的猪肉价格走势等等，分别构建本题三个关键指标的指标体系，然后用这些指标数据作为训练输入，关键指标作为输出，分别通过机器学习方法去修正检测到的数据，如何给自己增加亮点自己考虑，随便套用算法谁都会

来看看第一问，一定是针对每个小区编号来做分析，做分析前一定是要对数据进行平滑处理，虽然说平滑后会导致数据失真，那肯定不能平滑的太厉害，平滑程度至少要把异常数据段凸显出来，其实是有必要进行平滑的，只要趋势一致就行，这样主要利于后问的分析。接下来是先检测异常数据,这三个关键指标理论上应当是相关性较强的，因此可以直接比对趋势就可以比对出来，并不是单独对每个关键指标用异常检测算法去做。就比如说下面这个小区的数据肯定没有异常，异常检测如果一定要写个唬人的，就写通过设立滤波矩阵去对趋势异常进行检测的，还有一个需要注意的是，人们睡觉期间肯定没有太多的活跃数据，可以单独对0点到7点进行检测，用户和基站数据肯定是比较低的

异常周期好算，如果有两个以上异常点就可以算异常周期，然后进行异常值修正，如果不想用上面说到的修正方法，哪怕你直接其中一个关键指标的趋势去等比计算也可以

时间周期推荐两个方法，一个是傅里叶变化的平均时间周期，第二个是混沌理论中的时延（常见的有自相关法、互信息法、平均位移法等，在matlab混沌时间序列工具箱中都有）

function T_mean=period_mean_fft(data)
%该函数使用快速傅里叶变换FFT计算序列平均周期
%data：时间序列
%T_mean：返回快速傅里叶变换FFT计算出的序列平均周期
Y = fft(data);       %快速FFT变换
N = length(Y);    %FFT变换后数据长度
Y(1) = [];           %去掉Y的第一个数据，它是data所有数据的和
power = abs(Y(1:N/2)).^2;  %求功率谱
nyquist = 1/2;
freq = (1:N/2)/(N/2)*nyquist; %求频率
figure
plot(freq,power); grid on     %绘制功率谱图
xlabel('频率')
ylabel('功率')
title('功率谱图')
period = 1./freq;                %计算周期
figure
plot(period,power); grid on  %绘制周期－功率谱曲线
ylabel('功率')
xlabel('周期')
title('周期—功率谱图')
[mp,index] = max(power);       %求最高谱线所对应的下标
T_mean=period(index);            %由下标求出平均周期

第一问也差不多就是确定周期参数和一场数据检测和处理，来看第二问

注意是每个小区单独分析，如果有异常就有异常，每异常就别故意增加异常

如果按前面说的找舆情数据，那这个问就比较好做，为什么前面要说如果能用上设备状态的数据就用，设备的运行，主要有天气和负载导致的，地理位置都没给也没办法对标天气数据，分析设备参数与三个关键指标的相关性后，如果没发现相关性较高的设备状态指标，这里也可以通过基站服务范围所有用户的活跃情况来反映。第二问首先是异常预测，在历史数据中，三个关键指标以及一些舆情指标、小区所属基站的整体三个关键指标值，异常点输出1，正常输出0，建立一个二分类的模型，为什么还要结合基站来分析，一个基站服务多个小区，就算一个小区看着数据正常，但是也不能保证会因为其他小区导致高过载引起的异常，就例如平时的网络波动，大家在做题目的时候一定是要结合生活实际去分析，在使用算法算出比较好的结果的同时，也应当具有完善的逻辑

第三问是预测，先对异常处理后的三个关键指标数据进行预测，第一问的周期是需要用上的，在混沌时间序列中，时延和周期是其中算法的输入参数，也就刚好接上了第一问，这个问可以先用混沌时间序列方法进行预测（RBF神经网络一步预测、RBF神经网络多步预测、Volterra级数一步预测、Volterra级数多步预测等），预测之后再同样的用第二问做法过一遍，如果预测出数据，接下来还需考虑异常变化量，异常变化量可通过第二问中的过程数据求一个关系式，这里加减就行。最后建议输出无异常的趋势和存在异常的趋势

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