Anomalidetektering i tidsseriedata baserat på Holt-Winters metod

In today's world the amount of collected data increases every day, this is a trend which is likely to continue. At the same time the potential value of the data does also increase due to the constant development and improvement of hardware and software. However, in order to gain insights, make decisions or train accurate machine learning models we want to ensure that the data we collect is of good quality. There are many definitions of data quality, in this thesis we focus on the accuracy aspect. One method which can be used to ensure accurate data is to monitor for and alert on anomalies. In this thesis we therefore suggest a method which, based on historic values, is able to detect anomalies in time series as new values arrive. The method consists of two parts, forecasting the next value in the time series using Holt-Winters method and comparing the residual to an estimated Gaussian distribution. The suggested method is evaluated in two steps. First, we evaluate the forecast accuracy for Holt-Winters method using different input sizes. In the second step we evaluate the performance of the anomaly detector when using different methods to estimate the variance of the distribution of the residuals. The results indicate that the suggested method works well most of the time for detection of point anomalies in seasonal and trending time series data. The thesis also discusses some potential next steps which are likely to further improve the performance of this method.I dagens värld ökar mängden insamlade data för varje dag som går, detta är en trend som sannolikt kommer att fortsätta. Samtidigt ökar även det potentiella värdet av denna data tack vare ständig utveckling och förbättring utav både hårdvara och mjukvara. För att utnyttja de stora mängder insamlade data till att skapa insikter, ta beslut eller träna noggranna maskininlärningsmodeller vill vi försäkra oss om att vår data är av god kvalité. Det finns många definitioner utav datakvalité, i denna rapport fokuserar vi på noggrannhetsaspekten. En metod som kan användas för att säkerställa att data är av god kvalité är att övervaka inkommande data och larma när anomalier påträffas. Vi föreslår därför i denna rapport en metod som, baserat på historiska data, kan detektera anomalier i tidsserier när nya värden anländer. Den föreslagna metoden består utav två delar, dels att förutsäga nästa värde i tidsserien genom Holt-Winters metod samt att jämföra residualen med en estimerad normalfördelning. Vi utvärderar den föreslagna metoden i två steg. Först utvärderas noggrannheten av de, utav Holt-Winters metod, förutsagda punkterna för olika storlekar på indata. I det andra steget utvärderas prestandan av anomalidetektorn när olika metoder för att estimera variansen av residualernas distribution används. Resultaten indikerar att den föreslagna metoden i de flesta fall fungerar bra för detektering utav punktanomalier i tidsserier med en trend- och säsongskomponent. I rapporten diskuteras även möjliga åtgärder vilka sannolikt skulle förbättra prestandan hos den föreslagna metoden