I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 2 5 ,   p p .   51 8 ~ 5 29   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 37. i 1 . p p 5 18 - 5 29          518     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   A nov el bound a ry  ada ptive o v ersa mpling  appro a ch  for  intrusio n de tec tion       Rit ind er   K a ur,   Neha   G up t a   S c h o o l   o f   C o m p u t e r   A p p l i c a t i o n s,   M a n a v   R a c h n a   I n t e r n a t i o n a l   I n st i t u t e   o f   R e se a r c h   a n d   S t u d i e s,   F a r i d a b a d ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   17 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   11 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Sep   29 ,   2 0 2 4       M a n a g in g   u n b a lan c e d   d a tas e ts  is  a   sig n ifi c a n t   c h a ll e n g e   in   in tr u sio n   d e tec ti o n ,   si n c e   u n c o m m o n   a ss a u lt s  a re   o ften   o b sc u re d   b y   th e   b u l k   o f   re g u lar  n e two rk   traffic.   In   o r d e r   to   m it i g a te  th e   e ffe c ts  o f   c las s  imb a lan c e   a n d   imp r o v e   i n tr u sio n   d e tec ti o n   s y ste m   (IDS)   p e rfo rm a n c e ,   it   is  n e c e ss a ry   to   u se   a   v a riety   o f  imb a lan c e d   lea rn in g   a l g o rit h m s.  M e th o d s  o f  d a ta   a u g m e n tatio n   su c h   a s  a d a p ti v e   sy n th e ti c   sa m p li n g   (AD ASYN)  a n d   sy n t h e ti c   m in o rit y   o v e rsa m p li n g   tec h n iq u e   (S M OTE)   a re   u se fu l  i n   a d d re ss in g   c las s   imb a lan c e .   Th is   p a p e r  i n tr o d u c e s  a   n o v e l  tec h n i q u e   t o   d a ta  r e sa m p li n g   wh e re   d e c isio n   tree - g e n e ra ted   d e c isio n   b o u n d a ries   a re   u se d   t o   c o n d u c t   AD ASYN  o n   c o m p li c a ted   a n d   u n u s u a l  sa m p les .   Wh e n   th is   m e th o d ’ s  e ffica c y   wa s  e v a lu a ted   u si n g   th e   sta n d a rd   NSL - KD D  d a tas e t,   th e   a c c u ra c y   o f  th e   u n u s u a l  c las s u 2 r  wa s in c re a se d   to   4 2 %   a n d ,   fo r  r 2 l  it   wa s imp ro v e d   to   8 3 % ,   re sp e c ti v e l y .   T h e   UN S W - NB  1 5   d a tas e t  h a s  b e e n   u se d   f o r  fu rt h e r  v a li d a ti o n   o f   th e   m e th o d ,   a n d   it s   sta ti stica l  sig n if ica n c e   h a s  b e e n   a ss e rted   b y   c o m p a rin g   th e   su g g e ste d   m e t h o d   to   o th e r  o v e rsa m p li n g   tec h n iq u e s.   K ey w o r d s :   Dec is io n   tr ee s   I m b alan ce d   d ataset   I m b alan ce d   lea r n in g   I n tr u s io n   d etec tio n   Ov er s am p lin g   tech n iq u es   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R itin d er   Kau r   Sch o o l o f   C o m p u ter   A p p licatio n s ,   Ma n av   R ac h n a   I n ter n atio n al  I n s titu te  o f   R esear ch   an d   Stu d ies   Secto r   4 3 ,   Far id a b ad ,   Har y an a   1 2 1 0 0 4 ,   I n d ia   E m ail: r itin d er k au r . s g tb im it@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   R ap id   tech n o lo g ical  ad v an ce m en ts   co u p le d   with   a n   in c r e asin g   r elian ce   o n   n etwo r k e d   co m p u ter   s y s tem s   h av e  led   to   a  s tar tlin g   in cr ea s e  in   cy b er th r ea ts   an d   a ttack s .   I n tr u s io n   d etec tio n   s y s t em s   ( I DS)   ar e  v ital   to   th e  p r o tectio n   o f   co m p u ter   n etwo r k s   b ec au s e  th ey   ca n   id en tify   an d   s to p   th ese  co n s tan tly   ch an g in g   th r ea ts .   B u t  it  m ig h t  b e  d i f f icu lt  f o r   co n v en tio n al  I DS  tech n iq u es  to   id en tify   n ew  an d   ad v a n ce d   th r ea ts ,   esp ec ially   wh en   d ea lin g   with   u n b alan ce d   n etwo r k   d ata.   A  c o m m o n   an d   im p o r tan t   p r o b lem   in   in tr u s io n   d etec tio n   is   d at a   im b alan ce ,   wh ic h   p r esen ts   a  lo t  o f   d if f ic u lties   f o r   m ac h i n e   lear n in g   s y s tem s .   Ma ch in e   l ea r n in g   alg o r ith m s   f in d   it  ch allen g in g   to   co r r ec tl y   ca teg o r is e  an d   id e n tify   p o s s ib le  in tr u s io n s   d u e  to   th e  u n e q u al  d is tr ib u tio n   o f   class es in   in tr u s io n   d etec tio n   d atasets   [ 1 ] .   B ec au s e  o f   th is ,   ML   a lg o r ith m s   co u ld   f in d   it  d if f icu lt  to   r ec o g n is e  an d   f o r ec ast  th e  m i n o r ity   class   with   s u f f icien t  ac cu r ac y ,   wh i ch   f u r th e r   in cr ea s es  th e  f alse - n eg ativ e  r ate  an d   r ed u ce   th ei r   o v er all  ef f icac y   in   id en tify in g   in tr u s io n s .   I n   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s ,   wh en   t h e  m in o r ity   class   r ef lects  in f r eq u en t  o cc u r r e n ce s   lik e   n etwo r k   ass au lts   o r   u n au th o r is ed   ac ce s s   attem p ts ,   th is   p r o b lem   is   m o r e  tr o u b lin g .   B y   r ai s in g   th e  d etec tio n   r ate  o f   m in o r ity   class es,  im b al an ce d   lear n in g   in   I DS  h as  s h o wn   p o ten tial  in   r eso lv in g   th is   p r o b lem   [ 2 ] .   E ith er   th e  lear n in g   alg o r ith m   its elf   o r   th e  tr ain in g   d ata  s am p les  m ay   b e  alter ed   to   a d d r ess   d ata  i m b alan ce   at  th e  d ata   lev el.   T wo   m eth o d s   ar e   av ailab le  to   d ata - d r i v en   tech n iq u es  to   ac h iev e   class   d is tr ib u tio n   b alan cin g :   o v er s am p lin g   an d   u n d er s am p lin g .   T o   c r ea te  a  b ala n ce d   d ataset,   o v er s am p lin g   d u p licates  o r   s y n th esis es  in s tan ce s   o f   m in o r ity   class es.  T ec h n iq u es lik e  s y n th etic  m in o r i ty   o v er s am p lin g   tech n iq u e  ( SMOT E ) ,  ad ap tiv e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   n o ve l b o u n d a r y  a d a p tive  o v ers a mp lin g   a p p r o a c h   fo r   in tr u s io n   d etec tio n   ( R itin d er K a u r )   519   s y n th etic  s am p lin g   ( ADASYN ) ,   an d   r a n d o m   o v er s am p lin g   m ay   b e   u s ed   t o   ac c o m p lis h   t h is .   Alter n ativ ely ,   to   g et  a  b ala n ce d   d ataset,   u n d e r s am p lin g   d e cr ea s es  th e  o cc u r r en ce s   o f   th e   m ajo r ity   cla s s .   Un d er s am p lin g   m eth o d s   in clu d e  to m e k   lin k s   a n d   r a n d o m   u n d er s am p lin g .   E v en   th o u g h   th ese  m eth o d s   ar e   s tr aig h tf o r war d   an d   s im p le  to   u s e,   if   th ey   a r e  n o t u s ed   ca r ef u lly ,   th e y   m ig h t r esu l t in   o v er f itti n g   an d   r ed u n d an c y   [ 3 ] .   A l g o r i t h m - b a s e d   m e t h o d s   m o d i f y   t h e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m   t o   i n c r e a s e   i ts   s e n s i ti v i t y   t o   c a s es   o f   m i n o r i t y   c l a s s es .   W h i le   t h r e s h o l d   s h i f ti n g   m o d i f i e s   t h e   c l a s s i f i c at i o n   t h r e s h o l d   t o   f a v o u r   o c c u r r e n c e s   o f   m i n o r i t y   c l a s s es ,   c o s t - s e n s it i v e   l e a r n i n g   al l o c ate s   d is ti n c t   m i s cl as s i f i c a ti o n   co s t s   t o   v a r i o u s   c l as s es .   A d d it i o n a l l y ,   e n s e m b l e  m e t h o d s   m a y   b e   u s e d   t o   e n h a n c e   c l as s i f i c at i o n   p e r f o r m a n c e .   T h i s   a p p r o a c h   b at t l es   w i t h   e x t r e m e   i m b a l a n ce   a n d   s i g n i f i c a n t   c o m p u t i n g   c o s ts ,   b u t   i t   w o r k s   w i t h   a n y   al g o r i t h m   th a t   d o e s n ’ t   m o d i f y   t h e   d a t a .   Ad d itio n ally ,   r esear ch er s   s u g g ested   h y b r id   s tr ateg ies  lik e  SMOT E B o o s t,  R US B o o s t,  an d   SMOT E - E NN,   wh ich   b len d   al g o r ith m - b ased   an d   d ata - d r iv en   m e th o d s   to   m ax im is e  ea ch   o n e ’ s   b en ef its   [ 4 ] – [ 6 ] .   Alth o u g h   th ese  h y b r id   alg o r i th m s   in v o lv e  s o p h is ticated   im p lem en tatio n   a n d   p a r am ete r   o p tim is atio n ,   th ey   in cr ea s e  th e  p er f o r m an ce   o f   t h e  class if ier .   E m p ir ical  s tu d ies  in   th e  liter atu r e  s u p p o r t  th e  u s e  o f   o v er s am p lin g   r at h er   th an   u n d er s am p lin g   b ec au s e  th ey   en h a n ce   m o d el  g en er alis atio n   o v e r   u n s ee n   d ata   an d   r etain   in f o r m ati o n   s ee n   in   m in o r ity   s am p les   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   T h e  m o s t  wid ely   u s ed   o v er s am p lin g   tech n i q u e,   SMOT E   [ 9 ] ,   cr e ates  s y n th etic  in s tan ce s   b y   in ter p o latin g   b etwe e n   a  c h o s en   in s tan ce   an d   its   n eig h b o u r   af ter   d ete r m in in g   th e  k - n ea r est  n eig h b o u r s   o f   m in o r ity   class   ex am p les.  Un til  th e  ap p r o p r iate  b alan ce   is   r ea ch ed ,   th is   p r o ce d u r e  is   r ep ea t ed .   Desp ite  b ein g   a   p o p u lar   m eth o d   f o r   h an d lin g   u n b alan ce d   d ata,   SMOT E   h as t h e  f o llo win g   d r awb ac k s   [ 1 0 ] :   a)   Sy n th etics th at  co u ld   b e   ar tific ial  an d   in ac cu r atel y   d ep ict  th e   ac tu al  d is tr ib u tio n   o f   th e  m i n o r ity   class .   b)   T h e  u n r ea lis tic  ass u m p tio n   th at  th er e  is   a  lin ea r   d ec is io n   b o u n d ar y   b etwe en   class es.   c)   No is y   in s tan ce s   m ay   b e   in clu d ed   in   n ea r est  n eig h b o u r s ,   w h ich   ca u s es  n o is e  to   b e  i n clu d ed   in   s y n th etic  s am p les.   d)   B e c a u s e   t h e r e   a r e   l i m i t e d   s a m p l e s ,   i t   m a y   n o t   f u n c t i o n   e f f e c t i v e l y   w h e n   h a n d l i n g   e x c e e d i n g l y   u n u s u a l   c l a s s e s .   Nu m er o u s   iter atio n s   o f   SMOT E   h av e   b ee n   p r o p o s ed   to   o v er co m e  th ese  p r o b lem s   an d   i m p r o v e   th e   task ’ s   p er f o r m a n ce   f o r   th e   im b alan ce d   d ata   class if icatio n   th r o u g h o u t  th e  y ea r s   [ 1 1 ] .   T h is   s tu d y   em p h asis es  o n   SMOT E   v ar ian ts   th at  u tili s e  d ec is io n   b o u n d a r ies  as  an   ap p r o ac h   f o r   o v er s am p lin g   b ec au s e  th ey   allo w  g en er atio n   o f   ar tific ial  s am p l es  th at  ar e  co m p atib le  with   t h e  o r ig in al  d ata  d is tr ib u tio n .   Dec is io n   b o u n d ar y - b ased   o v e r s am p lin g   tech n iq u e s   g en er ate  s y n th etic  s am p les  wh ich   ar e   ac cu r ate   an d   illu s tr ativ e  o f   th e  m i n o r ity   class .   Dif f er en t  class es  in   a  d ataset  ar e  ca teg o r is ed   u s in g   d ec is io n   b o u n d ar ies.  Va r io u s   S MO T E   ad ap tatio n s   h av e  em er g ed   to   tac k le  im b ala n ce d   class if icatio n   is s u es a n d   en h an ce   d ec is io n   b o u n d a r y   p r ec is io n .   W h i l e   AD AS Y N   [ 1 2 ]   f o c u s s e s   o n   b u i l d i n g   s y n t h e t i c   s a m p l e s   i n   a r e a s   w it h   f e w e r   m i n o r i t y   c l a s s   i n s t a n c es   t o   a d d r e s s   c l as s   o v er l a p p i n g ,   B o r d e r l i n e - SM O T E   [ 1 3 ]   a i m s   t o   e n h a n c e   c l a s s i f i ca t i o n   a c c u r a c y   f o r   b o r d e r l i n e   c a s es   b y   t a r g e t i n g   t h e   m i n o r i t y   c l a s s ’ s   d e c i s i o n   b o u n d a r y .   T h i s   i s   f u r t h e r   r e f i n e d   b y   s a f e - l e v e l  S M O T E   [ 1 4 ] ,   w h i c h   t a k e s   i n t o   a c c o u n t   t h e   s a f e - l e v e l   r a t i o   t o   p r e v e n t   p r o d u c i n g   n o i s y   s a m p le s .   T h r o u g h   s a m p l e   w e i g h t i n g   a n d   g e o m e t r i c   a n a l y s is ,   MW MO T E   [ 1 5 ] ,   a n d   G - S M OT E   [ 1 6 ]   e n h a n c e  d e c i s i o n   b o u n d a r y   m a n a g e m e n t   i n   a n   i n d i r e c t  m an n e r .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   K - m e a n s   S M O T E   [ 1 7 ]   s p e ci f i c a ll y   u s es   c l u s t e r i n g   t o   g e n e r a t e   a r ti f i c ia l   s a m p l es  a c r o s s   a   r a n g e  o f   d e c is i o n   b o u n d a r y   a r e a s .   T o   e n h a n c e  t h e   ef f e c t i v e n e s s   o f   t h e   c l a s s i f ie r ,   SV M - SM O T E   [ 1 8 ]   u s e s   s u p p o r t   v e ct o r   m a c h i n es   t o   g e n e r a t e   a r t i f ic i a l  s a m p l e s   c l o s e   t o   t h e  SV M - d e f i n e d   d e c i s i o n   b o u n d a r y .   M o r e   r e c e n t   t e c h n i q u e s   i n cl u d e   s o p h i s ti c a t e d   m et h o d s   u s i n g   n e u r a l   n e t w o r k s   a n d   a l g o r i t h m s   i n s p i r e d   b y   n a t u r e,   a s   w el l   as  d e c is i o n   b o u n d a r y   c o m p u t a t i o n - b a s e d   o v e r s am p l i n g   [ 1 9 ] ,   w h i ch   c r e a t e s   s y n t h e ti c   s a m p l e s   b y   ex a m i n i n g   b o r d e r   r e g i o n s .   V a r io u s   n e u r a l   n e t w o r k   a d a p t a ti o n   t e c h n i q u e s   a r e   u s e d ,   s u c h   a s   S i a m - I DS   [ 2 0 ] ,   w h i c h   a d a p t s   n e u r a l   n e tw o r k s   t o   h a n d l e   s a m p le   d i s t a n c es   d u r i n g   t h e   t r a i n i n g   p h a s e ;   [ 2 1 ]   a d d s   m i s c la s s i f i ca t i o n   c o s t   a t   te s t i n g   p h a s e;   S A SM O T E   [ 2 2 ] ,   w h i c h   i n t e g r a t e s   a tt e n t i o n   m ec h a n i s m s   f o r   h i g h - q u a l i t y   s a m p l e   g e n e r a ti o n .   F u r t h e r m o r e ,   b y   i m p r o v i n g   m i n o r i t y   c l as s   r e p r es e n t at i o n   a c r o s s   s e v e r a l  s o u r c es ,   f e d e r a l - b a s e d   [ 2 3 ]   a n d   m e t a - l ea r n i n g - b a s e d   [ 2 4 ]   S M O T E   t e ch n i q u e s   s o l v e   cl a s s   i m b al a n c e   in   r e m o t e   d a t a b a s es .   Pre cise  d ec is io n   b o u n d a r ies  ar e  ess en tial  f o r   d ec is io n - b ased   SMOT E   v a r iatio n s   to   f u n ctio n   well.   B o u n d ar ies  th at  a r e  u n clea r   o r   n o is y   m ig h t  im p air   s y n th etic  s am p les  an d   l o wer   p e r f o r m an ce .   I n   h ig h - d im en s io n al  d ata   co n te x ts ,   s o m e  v e r s io n s ,   s u ch   as  SMO T E - DL   [ 2 5 ] ,   n ee d   v ar iab le   s elec tio n   in   o r d er   to   p r o v id e   an   u n b iased   class if icatio n .   An   o v e r v iew  o f   SMO T E   ap p r o ac h es  is   i n clu d ed   i n   T ab le   1 ,   with   an   em p h asis   o n   th e  m ai n   tech n iq u es a n d   d if f icu lties .   T h e  p er f o r m an ce   o f   th e  p r im ar y   class if ier   an d   its   ad ep tn es s   to   ca p tu r e  th e  d ec is io n   b o u n d ar ies  ar e  th e  m ain   f ac to r s   d eter m in in g   h o w  ef f ec ti v e  th ese  c h an g es  a r e.   Fu r th e r m o r e ,   g e n er atio n   o f   ar tific ial  s am p les   b ased   o n   d ec is io n   b o u n d a r ies   d em an d s   ex tr em e  ca u tio n   to war d s   in tr o d u ctio n   o f   n o is e  a n d   ar tef ac ts   to   th e  d ataset.   Hig h - d im e n s io n al  d o m ain s   f u r th er   ch allen g e   th e  estab lis h m en t  o f   s u b s tan tial  d ec is io n   lim its .   Fu r th er m o r e ,   as  th e  a r tific ial  s am p les  lie  clo s e  to   th e  d e cisi o n   b o u n d ar y ,   th e s e  m eth o d s   wer e  u n ab le  t o   ad eq u ately   e x am in e  th e  m in o r ity   class ’ s   wh o le  s p ac e,   m is s in g   im p o r ta n t p atter n s   o r   v ar ian ce s .   I n   l i g h t   o f   t h e s e   d r a w b a c k s ,   t h e   g o a l   o f   t h i s   s t u d y   i s   t o   p r o v i d e   a n   a l g o r i t h m   f o r   a d a p t i v e   d e c i s i o n   b o u n d a r y - b a s e d   o v e r s a m p l i n g   t h a t   a v o i d s   o u t l i e r s   a n d   c o v e r s   t h e   w h o l e   m i n o r i t y   s p a c e .   I n   o r d e r   t o   a d d r e s s   u n b a l a n c e d   c a t e g o r i s a t i o n ,   i t   s e e k s   t o   a i d   i n   t h e   c r e a t i o n   o f   s y n t h e t i c   m i n o r i t y   c l a s s   s a m p l e s   t h a t   a r e   m o r e   r e l e v a n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  51 8 - 5 29   520   a n d   a c c u r a t e .   B y   t a k i n g   i n t o   a c c o u n t   e a c h   m i n o r i t y   s a m p l e   s e p a r a t e l y ,   t h e   s u g g e s t e d   m e t h o d o l o g y   s e e k s   t o   s o l v e   t h e   i s s u e   o f   i n a d e q u a t e   s a m p l e s .   T h e   d e c i s i o n   t r e e ,   w h i c h   h a s   t h e   i n n a t e   c a p a c i t y   t o   p a r t i t i o n   f e a t u r e   s p a c e ,   i s   s u g g e s t e d   a s   t h e   u n d e r l y i n g   c l a s s i f i e r .   P r u n i n g   d e c i s i o n   t r e e s   p r e v e n t s   o v e r f i t t i n g   a n d   c a u s e s   e a r l y   t e r m i n a t i o n .   T a r g e t e d   a d a p t i v e   s a m p l i n g   b a s e d   o n   d e c i s i o n   b o u n d a r y   c l o s e n e s s   c a n   m a n a g e   t h e   c o m p l i c a t e d   d a t s e t s .   T h e  r em ai n in g   h alf   o f   th is   w o r k   is   s tr u ct u r ed   as  f o llo ws.  T h e  s u g g ested   ap p r o ac h   is   p r esen ted   in   s ec tio n   2 ,   an d   th e  ex p er im en t al  f in d in g s   ar e   d is cu s s ed   in   d e p th   in   s ec tio n   3 .   T h is   p ap er ’ s   s tu d y   is   co n clu d ed   in   s ec tio n   4 ,   wh ich   also   ad d r es s es p o ten tial f u tu r e  d ir ec ti o n s .       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   o f   d ec is io n - b ased   SMOT E   v a r ian ts   S a mp l e   g e n e r a t i o n   p r i n c i p l e   S mo t e   v a r i a n t s   D e scri p t i o n   Li mi t a t i o n s   D e c i s i o n   b o u n d a r y - b a s e d   B o r d e r l i n e   S M O TE ,   S M O TE B o o st ,   S V M - S M O TE   G e n e r a t e   sam p l e s  n e a r   d e c i si o n   b o u n d a r i e s   t o   b a l a n c e   c l a ss e s.   N o i s y   s a mp l e s   i f   b o u n d a r y   i s  u n c l e a r   D e n si t y / d i s t r i b u t i o n - b a se d   A D A S Y N ,   M W M O T E,   G - S M O TE   U se  sam p l e   d e n si t y   a n d   d i s t r i b u t i o n   t o   c r e a t e   n e w   i n st a n c e s.   M a y   a mp l i f y   n o i se   i n   sp a r se   d a t a se t s   C l u st e r i n g - b a s e d   K M e a n s - S M O TE   C l u st e r s mi n o r i t y   sam p l e s  b e f o r e   g e n e r a t i n g   s y n t h e t i c   e x a m p l e s.   S t r u g g l e s w i t h   c o m p l e x   b o u n d a r i e s   D e e p   l e a r n i n g - b a s e d   S mo t e - DL   U t i l i z e s  d e e p   l e a r n i n g   m o d e l s  t o   c a p t u r e   c o m p l e x   d e c i si o n   b o u n d a r i e s.   C o m p u t a t i o n a l l y   i n t e n si v e   A t t e n t i o n / h y b r i d   m e t h o d s   S A S M O TE,   F e d e r a l - b a s e d   S M O TE   Le v e r a g e s  a t t e n t i o n   mec h a n i sms   o r   f e d e r a t e d   l e a r n i n g   p r i n c i p l e s   f o r   sy n t h e t i c   sam p l e   g e n e r a t i o n .   R e s o u r c e - i n t e n s i v e ,   da t a   h a r m o n i z a t i o n   i ssu e s       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h is   wo r k   p r esen ted   th e   p r o x im ity - ad a p tiv e  s y n th e tic  m in o r ity   o v er - s am p lin g   tech n iq u e   ( PASMOT E )   as  a  s o lu tio n   t o   th e  s ev er al   s h o r tco m i n g s   o f   SMOT E .   T h is   r esear ch   u s ed   two   wid ely   u s ed   in tr u s io n   d atasets ,   NSL - KDD   an d   UNSW _ NB _ 1 5 ,   f o r   its   t r ials .   An   ex p an s io n   o f   KDD  C u p   9 9 ,   NSL - KDD  f ix es  s o m e  f u n d am en tal  p r o b lem s   with   its   p r ed ec ess o r   [ 2 6 ] .   T h e r e  is   o n e   n o r m al  class   an d   f o u r   k i n d s   o f   attac k s :  d en ial  o f   s er v ice   ( Do S),   p r o b e,   r em o te - to - u s er   ( r 2 l) ,   an d   u s er - to - r o o t  ( u 2 r ) .   T h o u g h ,   t h er e   ar e  m an y   d if f er en t  ty p es  o f   ass au lts   av ailab le  in   th ese  attac k   class e s ,   th er e  is   an   im b alan ce   in   th e  n u m b er   o f   in s t an ce s   o f   u n co m m o n   attac k   class es  s u ch   as  u s er - to - r o o t  a n d   r e m o te - to - u s er ,   co m p a r ed   to   t y p ical  o cc u r r en ce s .     T h e  2 0 %  tr ain in g   an d   test +  d ataset  f iles   ar e  u s ed   in   th e  ex p er im en t.  T a b le  2   d is p lay s   th e   n u m b e r   o f   s am p les  in   ea ch   d ata  s et  to   h el p   u n d er s tan d   th e  f r eq u e n cy   d is tr ib u tio n   in   th e  v ar io u s   class es.       T ab le  2 .   Dis tr ib u tio n   o f   f r eq u e n cies in   NSL - KDD  d atasets   D a t a   f i l e   u se d   C l a s s  d i s t r i b u t i o n   c o u n t   N o r mal   D o s   P r o b e   u2r   r 2 l   t ra i n   2 0 %   1 3 4 4 9   9 2 3 4   2 2 8 9   11   2 0 9   t e st +   9 7 1 1   7 4 5 8   2 4 2 1   3 4 1   2 7 5 4       T h e   U N SW - N B 1 5   d a ta s et   h a s   b e e n   u s e d   f o r   t h e   p r o p o s e d   a p p r o a c h ’ s   v a l i d a ti o n   a n d   c o m p ar i s o n   w it h   a l t e r n a ti v e   o v e r s a m p l i n g   te c h n i q u e s .   T h is   d a t as e t  c o m b i n e s   r e c e n t   s y n t h e t i c  as s a u l ts   i n   n e tw o r k e d   s y s t e m s   wi t h  m o d e r n   r e g u l a r   a t t a c k s   [ 2 7 ] .   T h i s   d a t as e t   h as   b e e n   l a b e ll e d   an d   c o n s i s ts   o f   n i n e   a s s a u lt   t y p e s   w it h   4 9   a t t r i b u t es   t o t a l ,   i n c l u d i n g   t h e   l a b e l .   T h e   t r a i n i n g   a n d   t e s t i n g   s e ts   o f   t h e   d a t as e t  i n c l u d e   1 7 5 3 4 1   a n d   8 2 3 3 2   s a m p l e s ,   r e s p e c t i v el y .   T h e   u n e q u a l   d is t r i b u t i o n   o f   c l as s es   i n   t h e   tw o   s e ts   is   s e e n   i n   F i g u r e   1 ,   w h i c h   f u r t h e r   e m p h a s is es   t h e  e x p e r i m e n t ’ s   s i g n i f i c a n c e .   S in c e   u n u s u a l   a t t a c k   w o r m s   m a k e   u p   a   r el a t i v el y   s m a l l  p o r t i o n   o f   t h e   t o t a l  d i s t r i b u ti o n ,   t h e y   a r e   d i f f i c u lt   to   i d e n t i f y ,   h e n c e   t h is   r e s ea r c h   a i m s   t o   e n h a n c e   t h e i r   d e t ec t i o n .     Py th o n   p r o g r am m in g   wa s   u s ed   to   ca r r y   o u t  t h e  e x p er im en t   o n   th e   well - k n o w n   Go o g le   C o lab   I DE .   I n itially ,   b o th   d atasets   wer e  tu n ed   f o r   th e  s tu d y .   T h er e  ar e  4 2   ch ar ac ter is tics   an d   1   class   lab el  in   NSL - KDD.   T h r ee   o f   t h ese  f ea tu r es - th e  f la g ,   th e  s er v ice,   an d   th e  p r o to c o l  ty p e - ar e  p u r ely   n o m in al.   T h ese  attr ib u tes  wer e   co n v er ted   to   th ei r   n u m e r ical  eq u iv alen ts   in   o r d er   to   m ax im is e  th e  lear n in g   p r o ce s s   f o r   th e  m o d els.     T h e  n u m er ical  ch ar ac ter is tics   wer e  th en   n o r m alis ed   u s in g   m in - m ax   n o r m alis atio n   to   m ain tain   th e  r elativ e   d is p ar ities   b etw ee n   d ata  p o in ts   an d   g u ar an tee  th at  th e  r an g e  o f   v alu es  s tay s   co n s tan t.  Usi n g   f o r m u la  ( 1 ) ,     th e  d ata  p o i n t X   is   r escaled   to   th e  r an g e  [ a,   b ] ,   u s u ally   [ 0 , 1 ] .       = −   −  × ( − ) +   ( 1 )     wh er e,   Xm in   r ep r esen ts   th e  m in im u m   v alu e  o f   th e  attr ib u te,   Xm ax   is   th e  m ax im u m   v alu e  o f   th e  attr ib u te,   Xscaled   d en o tes th e  r escaled   v alu e  an d   th e   n ew  r an g e  id   d ef i n ed   as a   –   b   ( co m m o n l y   0   to   1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   n o ve l b o u n d a r y  a d a p tive  o v ers a mp lin g   a p p r o a c h   fo r   in tr u s io n   d etec tio n   ( R itin d er K a u r )   521       Fig u r e  1 .   Dis tr ib u tio n   o f   s am p les in   th e  UNSW - N B 1 5   tr ain in g   an d   test in g   d ataset       E v er y   o n e  o f   th e  4 9   c h ar ac ter is tics   in   th e  UNS W - NB 1 5   d ataset  u n d e r wen t  th e  s a m e  k in d   o f   p r etr ea tm en t.   4 7 1 5 3   m is s in g   d ata  led   to   th e   elim in atio n   o f   th e  s er v ice,   a n d   as  th e  la b el  is   e m p lo y ed   in   b in ar y   in v esti g atio n s ,   it  was   d estro y ed .   T h e  ca teg o r ical  f ea tu r e s   attac k   ( attac k _ ca t) ,   p r o to co l  ( p r o to ) ,   a n d   s er v ice  ( attac k _ ca t)   wer e  co n v er ted   u s in g   lab el  en co d e r s .   Nex t,  m in - m ax   s ca lin g   was  u s ed   o n   ea ch   an d   ev er y   n u m er ical  c h ar ac ter is tic.   T h e   p r o b lem   was  co n v er ted   in to   a   b in ar y   class   p r o b lem   a n d   t h e   r ar est  class   wo r m s   an d   n o r m al  s am p les we r e  ex tr ac ted   in   o r d er   to   c o n f ir m   th e  s tatis tical  s ig n if ican ce   o f   th e  r e s u lts .   T o   b alan ce   th e  NSL - KDD  tr ain in g   d ataset,   th e  r ec o m m en d ed   PASM OT E   tech n iq u e  F ig u r e   2   was   u s ed .   I t  s elec tiv ely   s am p les  i n s tan ce s   f r o m   b o th   m in o r ity   an d   n o r m al  class es  to   f ac ili ta te  th e  tr ain in g   o f   a   class if ier   an d ,   th er eb y   clar if y in g   th e  d ec is io n   b o r d e r s   an d   b o u n d ar ies.  T h ese  r esu lts   ar e  f u r th er   u s ed   to   p r o d u ce   f ak e   s am p les d u r in g   t h e  r esam p lin g   p r o ce s s .           Fig u r e  2 .   Pro p o s ed   PASMOT E   alg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  51 8 - 5 29   522   B ec au s e  d ec is io n   tr ee s   n atu r ally   s p lit  th e  f ea tu r e  d o m ain   d u r in g   tr ai n in g ,   th e y   s u p p o r t  b o u n d a r y   p r o x im ity   ca lcu latio n   f o r   ea c h   d ata  p o in t.   Fo r   e v er y   d ata  p o in t,  th e y   c o m p u te   th e  d is tan ce s   to   th e   d ec is io n   b o r d er s   an d   p r o v i d e  u s ef u l  in s ig h ts   in to   h o w  clo s e  ex am p les  ar e  to   th e  d ec is io n   ar ea s .   T h e s e  in s ig h ts   m ay   b e   u s ed   to   im p r o v e  o v er s am p lin g   tactics.  Fu r th er m o r e,   th ese  m o d els  au to m atica lly   p r io r itis e  f ea tu r es  ac co r d in g   to   h o w   cr u cial   th ey   ar e  to   th e   ca teg o r is atio n   p r o ce s s .   W ith   t h is   d ata,   o n e  m ay   e v alu ate  wh eth er   ch a r ac ter is tics   ar e  im p o r ta n t  in   d if f er en tiati n g   m in o r ity   class   o cc u r r e n c es,  wh ich   m ig h t  g u id e  f ea tu r e  en g in ee r in g   o r   s elec tio n   p r o ce d u r es  in   h i g h - d im en s io n al  d atasets .   C o m p ar ed   to   lin ea r   class if ier s ,   th ey   ar e  als o   m o r e   s u cc ess f u l  at  m o d ellin g   n o n lin ea r   co n n ec tio n s   b etwe en   f ea tu r es  an d   th e  tar g et  v a r iab le,   en ab lin g   th e   m o d ellin g   o f   m o r e  co m p licated   d ec is io n   b o u n d ar ies.   Fo r   ev er y   m in o r ity   class   s am p le,   th e  d is tan ce   f r o m   th e  b o r d e r   was  d eter m i n ed ,   an d   th e   s am p les  wer e  ar r an g e d   ac co r d in g   to   t h ese  d i s tan ce s .   T o   d eter m i n e  th e   r esa m p lin g   r ates,  th r esh o ld   v alu es   m ay   b e  c o m p u te d   b ased   o n   th e  r an g e  o f   d is tan c es.  T h e  p lan   is   to   r esam p le  s a m p les  n ea r er   th e  d ec is io n   b o r d er   at  g r ea ter   r ates  th an   th o s e  f u r th er   awa y .   B ased   o n   t h e  d is tan ce   th r esh o ld   v alu es,  th r ee   r esam p lin g   r at es  -   0 . 6 ,   0 . 4 ,   an d     0 . 2   - wer e  u s ed   f o r   t h is   ex p e r im en t.  T h e  cu b ic - s p lin e  i n ter p o latio n   tech n iq u e   was  u s ed   t o   cr ea te  th e   s y n th etic   s am p les.  A  m ath em atica l  m eth o d   ca lled   cu b ic  s p lin e  in te r p o latio n   m a y   b e  u s ed   to   esti m ate  a  f u n ctio n ’ s  v alu es  b etwe en   k n o wn   d ata  p o in ts .   T o   en s u r e  s m o o th n ess   an d   co n tin u ity ,   it  b u ild s   a  p iece wis e  co n tin u o u s   cu r v e  o u t  o f   m a n y   cu b ic  p o ly n o m ials .   T h e  p r o ce s s   g en er ates  in ter p o lated   v alu es  b etwe en   th e  k n o wn   d ata   p o in ts   b y   iter atin g   o v e r   ea c h   f ea tu r e   co lu m n   a n d   u s in g   cu b ic  s p lin e   in ter p o latio n .   Dis tin ct  v alu es  ar e  r an d o m l y   p ick ed   f r o m   th e  ca t eg o r ical  v ar iab les ( p r o to co l_ t y p e,   f lag ,   an d   s er v ice)   in   m in o r ity   class   s am p les to   g u ar an tee  g en er atio n   o f   ar tifi cial  s am p les  with in   th e  o r i g in al  class   d is tr ib u tio n .   T h e  s y n th etic  s am p les  ar e   r ep r esen ted   b y   th ese  in ter p o l ated   n u m er ical  v alu es  an d   th e  m o d if ie d   ca teg o r y   v ar iab l es.  B ec au s e  cu b ic  s p lin es  ca n   m an ag e  s p ar s e  o r   ir r eg u lar ly   s p ac ed   d atasets   a n d   m ain tain   th e  f o r m   an d   b e h av io u r   o f   s y n th etic   d ata  b et wee n   ex is tin g   d ata  p o in ts ,   th ey   ar e  u s ef u l   f o r   h an d l in g   n o n lin ea r   an d   co m p licated   d ata  in ter ac tio n s .     I n   o r d er   to   co m p u te  an   i n ter p o lated   v alu e   b etwe en   ( x i ,y i )   an d   ( x i+ 1 ,y i+ 1 ) ,   th e   g en e r ic  eq u atio n   o f   th e  cu b ic  s p lin e  m ay   b e  e x p r ess ed   as ( 2 ) .     ( ) = + ( − ) +   ( − ) 2 + ( − ) 3     ( 2 )     wh ich   h o ld s   tr u e  f o r   i  =  1   …,   n −1 ,   wh e r e  x i   ≤   x   ≤   x i+ 1   an d   ea ch   cu b ic  f u n ctio n ’ s   co ef f ici en ts   a i ,   b i ,   c i ,   a n d   d i   m u s t  b e  f o u n d .   T h e  tr ai n in g   2 0 %  NSL - KDD  d ataset ’ s   s am p le  d is tr ib u tio n   is   s h o wn   in   T ab le  3   b o th   b ef o r e  an d   af ter   r esam p lin g .       T ab le  3 .   2 0 % o f   class es we r e  d is tr ib u ted   b ef o r e  an d   af ter   r esam p lin g   in   NSL - KDD  tr ain in g   T r a i n   2 0 %  d a t a   f i l e   C l a s s  d i s t r i b u t i o n   N o r mal   D o s   P r o b e   r 2 l   u2r   Pre - r e samp l i n g   1 3 4 4 9   9 2 3 4   2 2 8 9   2 0 9   11   P o st - r e s a mp l i n g   1 3 4 4 9   9 2 3 4   2 2 8 9   2 6 0 3   8 4 2       T o   v alid ate  th e  p r o p o s ed   tech n iq u e,   two   class es  wer e  ex t r ac ted   f r o m   th e  UNSW - NB 1 5   tr ain in g   d ataset :  n o r m al  an d   wo r m s .   T h ese  class es  s h o w  th e  r an g e  o f   s am p le  d is tr ib u tio n   a n d   th e  m ax im u m   a n d   m in im u m   s am p les  th at  s u p p o r t  th e  r ec o m m e n d ed   p r o ce d u r e ’ s   ef f ec tiv en ess .   T h e  s am p le  co u n ts   f o r   th e  two   class es   wer e  5 6 0 0 0   an d   1 3 0 ,   r esp ec tiv ely ,   p r io r   to   d is tr ib u t io n .   On ce   PASMOT E   wa s   u s ed   to   r esam p le  th e  m in o r ity   class ,   th e   co u n ts   wer e  alter ed   to   5 6 0 0 0   an d   6 3 1 8 ,   r esp ec tiv ely .   T o   b e n c h m ar k   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   ag ain s t  co n v en tio n a l  o v er s am p lin g   s tr ateg ies,  an   eq u al  n u m b er   o f   f ak e   s am p le s   wer e  m ad e  f r o m   ea ch   o f   t h e  f o u r   o v er s am p lin g   s tr ateg ies  m en tio n ed   in   s ec tio n   1 :  SMOT E ,   R an d o m   o v er s am p ler ,   ADASYN   an d ,   B o r d e r lin e  SMOT E .   I d en tify in g   th e  m o s t  p er tin e n t  ch ar ac ter is tics   in   th e  d ata  ca n   m in im is e  d im en s io n ality   an d   b o o s t  th e   ef f ec tiv en ess   o f   m ac h in e  lear n in g   alg o r ith m s .   T h is   p ap e r   m a k es  u s e  o f   a  f ea tu r e  s elec tio n   t ec h n iq u e  ca lled   as   C FS - MH A  wh ich   is   an   en s em b le  o f   cf s Su b s etE v al   alg o r ith m s   th at  ex p l o r e  f ea tu r e   s p ac e  u s in g   m eta - h eu r is tic  tech n iq u es  [ 2 8 ] .   E x p er im e n ta l  s tu d y   in d icate s   th at  it   is   s u cc ess f u l  in   p r io r itis in g   th e  m o s t  r ep r esen tativ e  f ea tu r es  f r o m   co m p lex   in tr u s i o n   d etec tio n   d atasets ,   h e n ce   r ed u cin g   th e  c o m p u tatio n al  co m p lex ity   an d   len g th   o f   tr ain ed   m o d els.  Af ter   a p p ly in g   th e  al g o r ith m   to   4 2   f ea tu r es  in   th e  NSL - KDD  d ataset,   1 5   r elev an t    f ea tu r es  wer e   ex tr ac ted .   T h e  f ea tu r es   th at  h av e  b ee n   s elec ted   ar e:   s er v ice,   f lag ,   wr o n g _ f r ag m e n t,     h o t,  lo g g ed _ i n ,   is _ g u est_ lo g in ,   c o u n t,   s am e_ s r v _ r ate,   d if f _ s er v _ r ate,   d s t_ h o s t_ s r v _ co u n t,     d s t_ h o s t_ d if f _ s r v _ r ate,   d s t_ h o s t_ s am e_ s r c_ p o r t_ r ate,   d s t_ h o s t_ s r v _ d if f _ h o s t_ r ate,   d s t_ h o s t_ s er r o r _ r ate,   an d   d s t_ h o s t_ s r v _ s er r o r _ r ate.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   n o ve l b o u n d a r y  a d a p tive  o v ers a mp lin g   a p p r o a c h   fo r   in tr u s io n   d etec tio n   ( R itin d er K a u r )   523   T h is   wo r k   u s ed   a  co s t - s en s iti v e  r an d o m   f o r est   ( R F)   alg o r ith m ic  ad ap ta tio n   to   s im u late  th e  r ed u ce d   NSL - KDD  d ataset.   A  m o d if ie d   tech n iq u e  ca lled   “ co s t - s en s itiv e  class if icatio n ”   ad ju s ts   th e  m o d el ’ s   ab ilit y   to   g en er alis e  b y   ad d in g   d o m ain - s p ec if ic  co s ts   an d   co n s id er s   t h e  tr u e  im p ac t  o f   m is class if ic atio n   er r o r s   in   o r d er   to   h an d le   im b alan ce d   d ataset s   [ 2 9 ] .   C o s t - s en s itiv e  cla s s if i er s   p r im ar ily   co n ce n tr ate  o n   d if f er en ce s   in   class   d is tr ib u tio n s .   I n clu d ed   with   t h em   is   a  co s t  m atr ix ,   also   r e f er r ed   to   as  a  m is class if icatio n   co s t  m atr ix ,   th at   p r o v i d e s   a   c l e a r   b r e a k d o w n   o f   t h e   c o s ts   r el a t e d   t o   v a r i o u s   c l a s s i f ic a t i o n   e r r o r s   l i k e   f a l s e   p o s i t i v es   a n d   f a ls e  n e g a t i v e s .   U n l i k e   o r d i n a r y   c l as s i f i e r s ,   w h i c h   s t r i v e   t o   r e d u c e   t h e   a g g r e g a t e   c l as s i f i c a ti o n   e r r o r ,   c o s t - s e n s i ti v e  c l a s s i f ie r s   i n t e n d   t o   m i n i m is e   a  c o s t   f u n c t i o n   f o r m e d   f r o m   t h e   m i s c la s s i f i ca t i o n   c o s t s   s h o w n   in   t h e   c o s t   m at r i x .   RF   wa s   ch o s en   as   th e  p r im ar y   class if ier   f o r   b o th   m o d e l  tr ain in g   an d   ev alu atio n .   D u e  to   its   r o b u s tn ess ,   ad ap tab ilit y ,   an d   h ig h   p r o jecte d   ac cu r ac y ,   th is   well - k n o wn   en s em b le  lear n in g   ap p r o ac h   p er f o r m s   v er y   well  in   a  wid e  r an g e  o f   m ac h in e  lear n in g   ap p licatio n s   [ 3 0 ] .   I t  c o n s tr u cts  m an y   d ec is io n   tr ee s   u s in g   r an d o m   s elec tio n s   o f   th e  tr ain i n g   d ata,   an d   th en   p r o d u ce s   a  class   th at  is   th e  av er ag e  p r ed ictio n   ( r eg r ess io n )   o r   th e  m o d e  o f   th e   class es  ( class if icatio n )   o f   ev e r y   s in g le  tr ee .   I t  im p lies   m o r e  u n p r ed ictab il ity   an d   b o o s ts   tr ee   v ar iatio n   b y   co n s id er i n g   ju s t a   f r ac tio n   o f   th e  q u alities   at  ea ch   s p lit p o in t in   th e   d ec is io n   tr e e.   T h e  UNSW - NB 1 5   m o d el  ev al u atio n   p r o ce d u r e  u s ed   th e  s am e  RF   ap p r o ac h   t o   g u ar an tee  c o n s is ten cy   in   th e  r esu lts .   No   ch an g es  to   t h e  co s t  m atr ix   wer e  m ad e  to   t h e  p r o g r am   in   o r d er   t o   em p h a s is e  th at  th e  r esu lts   wer e  o n ly   tr ac ea b le  to   th e  r ec o m m en d e d   o v er s am p lin g   m eth o d   an d   n o t th e  lear n i n g   alg o r ith m .   T h e  f o llo win g   m etr ics we r e  ta k en   in to   ac c o u n t t o   ass ess   th e  m o d el ’ s   class if icatio n   p er f o r m an ce :    a)   C o n f u s io n   m atr ix   -   i t  is   a  co m p r eh en s iv e  p r esen tatio n   o f   m o d el ’ s   p r ed ictio n s   in   a  m atr ix   f o r m   lis tin g   th e   n u m b er   o f   tr u e  p o s itiv es ( T P),   f alse p o s itiv es ( FP ) ,   tr u e  n eg a tiv es ( T N) ,   an d   f alse n eg ativ es ( FN) .   b)   Acc u r ac y   -   i t  ca lcu lates  th e  r atio   o f   co r r ec tly   p r e d icted   in s tan ce s   to   th e  to tal  n u m b e r   o f   in s tan ce s   in   th e  d ataset  to   esti m ate  th e  m o d el ’ s   p er f o r m a n ce   ac r o s s   all  class es.  I t is ca lcu lated   as   ( 3 ) :     Ac c u ra c y   =  (  +  ) (  +  +  +  )   ( 3 )     c)   Pre cisi o n :  t h is   f ac to r   f o cu s s es   o n   h o w  well  th e  m o d el  p r ed icts   g o o d   o u tco m es.  I t  s h o ws  th at  th e  m o d el  ca n   s teer   clea r   o f   e r r o n eo u s   p o s itiv e  p r ed ictio n s .   I t is co m p u ted   as   ( 4 ) :      P re c isio n   =   (  ) (  +  )   ( 4 )     d)   R ec all  o r   s en s itiv ity   -   i t  f o cu s s es  o n   th e  m o d e l ’ s   ab ilit y   to   i d en tify   all   p o s itiv e  in s tan ce s ,   th er eb y r e d u cin g   f alse n eg ativ es.  I t is ca lcu lated   as   ( 5 ) :      Re c a ll   =   (  ) (  +  )     ( 5 )     e)   F1 - s co r e  -   i t   is   an   ef f ec tiv e  m etr ics  u s ed   with   im b aln ce d   d a ta  as  it  ca lcu lates  th e  h ar m o n i c  m ea n   b etwe en   p r ec is io n   an d   r ec all.   I t is d eter m in ed   as   ( 6 ) :      F1 - sc o re   =   2     (        ) (   +  )   ( 6 )     f)   T h e  r ec eiv er   o p er atin g   ch ar ac t er is tics   ( R O C )   cu r v e,   a  g r ap h i ca l d ep ictio n   o f   th e  tr ad e - o f f   b etwe en   th e  tr u e  p o s itiv e  r at e  ( s en s itiv ity )   an d   th e  f alse  p o s itiv e  r ate  ( s p ec i f icity ) ,   is   u s ed   to   ass es s   th e  ef f ec tiv en ess   o f   b in ar y   class if ier s .   As  a  s ca lar   n u m b er ,   AUC  p r o v id es  an   o v er v iew  o f   th e  m o d el ’ s   o v er a ll  p er f o r m a n ce   with in   a  r an g e  o f   th r esh o ld   v alu es  v ar y in g   f r o m   0   t o   1 .   H ig h er   th e  AUC  v alu e,   th e  b et ter   th e  m o d el ’ s  ab ilit y   to   d is cr im in ate.   T h e  p r o p o s ed   PASMOT E   ap p r o ac h   was  s tatis tically   ev alu ated   ag ain s t   f o u r   o v er   s am p ler s - SMOT E ,   ADASYN,   b o r d er lin e  SMOT E ,   an d   r a n d o m   o v er s am p le r   b y   em p lo y i n g   th r ee   s tatis tical  t ests   f o r   ev alu atin g   m o d els.  T h e  ex p er im e n t  was  co n d u cte d   u s in g   th e  s ec o n d   d ataset,   UNS W - N B 1 5 .   T h e  co r n er s to n e  o f   th ese  test s   is   th e  co n ce p t   o f   th e   n u ll  h y p o th esis   ( H0 )   an d   t h e  alter n ativ e  h y p o t h esis   ( H1 ) .   Ass es s in g   wh eth er   th er e   is   en o u g h   ev id e n ce   to   r ef u te   th e  n u l l  h y p o th esis   is   th e  g o al  o f   h y p o th esis   test in g ,   wh ich   d eter m in es  th e  th r esh o ld   f o r   r ejec tio n   d ep en d in g   o n   th e  d e g r ee   o f   s ig n if ican ce   ( α ) .   T ab le  4   d escr ib es  th ese  test s ’   p r im ar y   f ea tu r es a n d   h o w  to   u tili s e  th em   to   co m p ar e  b in a r y   alg o r ith m s .   Ass u m in g   th e  n u l l  h y p o th esis   is   tr u e,   th e  test s   g en er ated   r esu lts   in   th e  f o r m   o f   a   s tatis t ical  v alu e    ( T ,   U,   an d   W )   alo n g   with   a  p - v alu e,   th at  is   th e  lik elih o o d   o f   o b s er v in g   a  test   m etr ic  th at  is   as  ex tr em e  as  o r   m o r e  ex tr em e  th an   th e  o n e  d e r iv ed   f r o m   th e  d ata.   Sin ce   0 . 0 5   is   th e  th r esh o ld   lev el  o f   s ig n if ican ce ,   p - v al u es   less   th an   th is   m a y   b e  in ter p r et ed   as  s u p p o r tin g   e v id en ce   ag a in s t  th e  n u ll  h y p o t h esis .   T h e  wh o le  o p er atio n   o f   th e  s u g g ested   m o d el  is   s h o wn   in   Fig u r e   3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  51 8 - 5 29   524   T ab le  4 .   Sp ec if ics o f   th e  s tatis tical  test s   u s ed   C r i t e r i o n   P a i r e d   T - t e s t   M a n n - w h i t n e y   U  t e st   W i l c o x o n   s i g n e d - r a n k   t e st   N a t u r e   o f   t e st   P a r a me t r i c   N o n - p a r a m e t r i c   N o n - p a r a m e t r i c   T y p e   o f   d a t a   P r e su m p t i v e l y   d i s t r i b u t e d   d i s p a r i t i e s   C o m p a r i n g   t w o   i n d e p e n d e n t   s a mp l e s   u si n g   a   r a n k i n g   s y s t e m   C o m p a r i so n   o f   t w o   ma t c h e d   samp l e s   b a se d   o n   r a n k s   T e st   s t a t i s t i c s   T - st a t i st i c   U   st a t i s t i c   ( r a n k   su m)   W   st a t i st i c   ( s u m  o f   s i g n e d   r a n k s)   A p p l i c a b i l i t y   U sed   t o   c o m p a r e   ma t c h e d   samp l e   mea n s   U sed   t o   c o m p a r e   t h e   me d i a n   o f   t w o   i n d e p e n d e n t   sam p l e s ’   d i st r i b u t i o n s   U sed   t o   c o m p a r e   t h e   t w o   ma t c h e d   samp l e s ’   d i s t r i b u t i o n s (m e d i a n )   S a mp l e   s i z e   C a l l s f o r   a   b i g   sam p l e   s i z e   R o b u st   i n   r e l a t i o n   t o   sa mp l e   si z e   R o b u st   i n   r e l a t i o n   t o   sa mp l e   si z e   N u l l   h y p o t h e s i s  ( H 0 )   Th e r e   i s   n o   d i sce r n i b l e   c h a n g e   i n   t h e   p a i r e d   m e a n s   Th e   d i st r i b u t i o n s   o f   t h e   t w o   sam p l e s   a r e   i d e n t i c a l   Th e r e   i s   n o   d i st i n c t i o n   b e t w e e n   t h e   p a i r e d   o b ser v a t i o n s   A l t e r n a t i v e   h y p o t h e s i s (H 1 )   N o t a b l e   v a r i a t i o n   b e t w e e n   t h e   p a i r e d   me a n s   V a r i a t i o n s i n   t h e   d i st r i b u t i o n   b e t w e e n   t h e   t w o   s a mp l e s   D i ssi m i l a r i t y   b e t w e e n   t h e   t w o   o b s e r v a t i o n s           Fig u r e  3 .   W o r k i n g   o f   p r o p o s e d   m o d el       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T o   d eter m in e  th e  m o d el ’ s   ac cu r ac y   an d   g en e r alis atio n   p o ten tial,  ev alu atio n   o f   th e  m o d el ’ s  p er f o r m an ce   o n   d if f e r en t  test   d ata  m u s t  b e  u s ed .   T h r ee   m et h o d s   h av e  b ee n   u s ed   in   th is   wo r k   to   in v esti g ate   th e  m o d el.   Ap p r o ac h   I   u s ed   th e  f ir s t  tr ain in g   d ataset,   wh ich   h ad   u n eq u al  class   d is tr ib u tio n s   with   all  4 2   ch ar ac ter is tics ,   to   tr ain   th e  m o d el  u s in g   t h e  d ef a u lt  h y p e r p ar am eter .   Usi n g   C FS - MH A,   Ap p r o ac h   I I   ex tr ac ted   1 0   r ep r esen tativ e   f ea tu r es  f r o m   th e   u n b alan ce d   tr ain in g   s et.   Ap p r o ac h   I I I   u s ed   PASMOT E   to   o v er s am p le  th e   tr ain in g   d ataset,   ex tr ac ted   1 5   ch ar ac ter is tics   b y   f ea tu r e  s elec tio n ,   an d   cr ea ted   th e  as s e s s m en t  m o d el.     T h e  NSL - KDD  te s t+  d atase t  was  th en   u s ed   to   co m p ar e  th e  th r ee   m eth o d s   an d   g au g e  th e  m o d el ’ s  p er f o r m an ce .   T h e  ef f ec tiv e n e s s   o f   all  th r ee   o f   th ese  s tr ateg ies  o n   th e  m in o r ity   class es  u 2 r   an d   r 2 l  is   s ee n   in   T ab le  5 .       T ab le  5 .   Ou tco m es o f   m eth o d s   tr ied   f o r   m i n o r ity   class es in   th e  NSL - KDD  ex am +   A p p r o a c h   #   o f   f e a t u r e s     U 2 r   sam p l e s   R 2 l   sa mp l e s   O v e r a l l   a c c u r a c y   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   I   41   7 0 . 7 3   0 . 0 0   0 . 0 0   0 . 0 0   0 . 0 0 1   1 . 0 0   0 . 0 0 1   II   10   7 1 . 3 1   0 . 1 8   0 . 8 0   0 . 1 8   0 . 0 8   0 . 6 0   0 . 0 8   III   15   7 8 . 7 6   0 . 4 2   0 . 5 3   0 . 4 2   0 . 8 3   0 . 4 8   0 . 8 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   n o ve l b o u n d a r y  a d a p tive  o v ers a mp lin g   a p p r o a c h   fo r   in tr u s io n   d etec tio n   ( R itin d er K a u r )   525   T h e  r esu lts   d em o n s tr ate  th at  Ap p r o ac h   I   p er f o r m e d   well  o n   th e  d ataset  o v er all,   with   an   o v er all  ac cu r ac y   o f   7 0 . 7 3 %,  wh ich   is   p r etty   h i g h .   Ne v er th eless ,   th e  p er f o r m an ce   is   a p p allin g   f o r   t h e  m in o r ity   class es   ( u 2 r   an d   r 2 l ) .   I n   p ar ticu lar ,   i t  is   u n ab le   to   ac c u r ately   id e n tify   in s tan ce s   o f   th is   class ,   as  s ee n   b y   its   0 %  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   an d   r ec a ll  wh en   it  co m es  to   d etec tin g   u 2 r   ass au lts .   W ith   r esp ec t  to   R 2 L   ass au lts ,   its   ac cu r ac y   is   s o m ewh at  h i g h er   ( 1 . 0 0 )   b u t  its   r ec all  is   v er y   lo w  ( 0 . 0 0 1 %),   in d icatin g   th at  it  d etec ts   th e  b u lk   o f   R 2 L   in cid en ts   in co r r ec tly   wh il e  ac cu r ately   id en tify in g   r elativ ely   f ew.   Acc o r d in g   to   m eth o d   I I ,   th e   ac cu r ac y   is   im p r o v e d   to   7 1 . 3 1 %  o v er all  b y   lim itin g   th e  n u m b er   o f   ch ar ac ter is tics   to   1 0 ,   wh ich   is   a   litt le  im p r o v em en t   o v er   way   I .   Alth o u g h   th er e  h a s   b ee n   s o m e  p r o g r ess ,   u 2 r   d et ec tio n   lev els  ar e  s till   r ath er   lo w.   Similar ly ,   r ec all  an d   ac cu r ac y   o f   r 2 l  d etec tio n   s ig n if ican tly   in cr ea s e,   b u t  o v e r all  p er f o r m an ce   r em ain s   s u b p ar .   T h e   tech n iq u e   with   th e  b est  o v e r all  ac cu r ac y   ( 7 8 . 7 6 %)  is   tech n iq u e  I I I ,   wh ich   h as  1 5   ch ar ac ter is tics .   T h is   r ep r esen ts   a   s u b s tan tial  im p r o v em en t  o v er   th e  ea r lier   ap p r o ac h es.  C o m p ar ed   to   ea r lier   m eth o d s ,   U2 r   d etec tio n   ex h ib its   a  d is ce r n ib le  im p r o v em e n t  in   ac c u r ac y ,   p r ec is io n ,   an d   r ec all.   C o m p ar ed   to   Ap p r o ac h   I I ,   r 2 l   d etec tio n   ex h ib its   a   s ig n if ican t  g ain   in   ac cu r ac y   a n d   r ec all,   b u t  at   th e  e x p en s e   o f   s o m ewh at   lo wer   p r ec is io n .   W h en   it   ca m e  t o   o v er all  ac cu r ac y   an d   ad v an ce m en ts   in   id en tify in g   m in o r ity   class e s   ( U2 R   an d   R 2 L   ass a u lts ) ,   Ap p r o ac h   I I I   o u tp er f o r m ed   th e  o th er   two .   T h e  r esu lts   wer e  co n tr asted   wit h   s tate - of - th e - a r t  s tu d ies  in   th e   liter atu r e  to   ass ess   th e  ef f ec tiv en ess   o f   th is   s tr ate g y   ev e n   f u r t h er .   T a b le  6   p r esen ts   th e  f in d in g s .       T ab le  6 .   C o m p a r in g   th e   s u g g e s ted   m eth o d   with   th e  m o s t r ec en t r esear ch   A u t h o r   Y e a r   T e c h n i q u e   I mb a l a n c e d   a p p r o a c h   C l a s si f i c a t i o n   st r a t e g y   R e s u l t s   u2r   r 2 l   P r e c i s i o n   R e c a l l   P r e c i s i o n   R e c a l l   D o u z a s    e t   a l .   [ 1 7 ]   2 0 2 0   S i a m - IDS   A d a p t i v e   n e u r a l   n e t w o r k   a p p r o a c h   t h a t   u se s  Eu c l i d i a n   d i s t a n c e   t o   c a l c u l a t e   sam p l e   si mi l a r i t y   D N N ,   C N N   1 0 . 1 1   5 6 . 7 2   5 7 . 9 4   3 3 . 2 5   F a r q u a d   a n d   B o s e   [ 1 8 ]   2 0 2 1   GAN - b a se d   O v e r sam p l i n g   P r o d u c e d   a r t i f i c i a l   samp l e s   u s i n g   G e n e r a t i v e   A d v e r sari a l   N e t w o r k s   U sed   a   t h r e e - l a y e r e d ,   c o st - sen s i t i v e   A N N   1   94   0   0   K N N   b a se d   o v e r sam p l i n g   K N N   i n t e r p o l a t e d   b e t w e e n   t h e   m i n o r i t y   samp l e s   t h a t   w e r e   a l r e a d y   t h e r e .   2   78   23   10   F u   e t   a l .   [ 3 1 ]   2 0 2 2   D LN I D   A D A S Y N   w a s u se d   f o r   o v e r sam p l i n g   Bi - LST M   -   24   -   6 5 . 7 6   W u   e t   a l .   [ 3 2 ]   2 0 2 2   En h a n c e d   R F   K - mea n s   c o m b i n e d   w i t h   S M O TE   I mp r o v e d   RF   u si n g   a   si mi l a r i t y   mat r i x   2 6 . 5 0   2 6 . 5 0   3 0 . 6 3   3 0 . 6 3   Y o o n   a n d   K i m [3 3 ]   2 0 2 3   S M O TE   S M O TE  w a s  u se d   t o   e x a mi n e   t h e   e f f e c t   o f   f e a t u r e   r e d u c t i o n .   RF   83   7   27   28   A r ı k   a n d   Ç a v d a r o ğ l u   [ 3 4 ]   2 0 2 3   R O G O N G - IDS   T o   a c h i e v e   b a l a n c e ,   o v e r sam p l i n g   S M O TE   a n d   u n d e r   sam p l i n g   N e a r - M i ss   w e r e   c o mb i n e d .   X G B o o st   -   10   -   39   K a u r   a n d   G u p t a   2 0 2 4   P r o p o se d   a p p r o a c h   I   A b se n c e   o f   f e a t u r e   sel e c t i o n   a n d   o v e r sam p l i n g   t e c h n i q u e   RF   0   0   1 . 0   0 . 0 0 1   K a u r   a n d   G u p t a   2 0 2 4   P A S M O TE  ( P r o p o se d   a p p r o a c h   I I I )   U si n g   d e c i s i o n - b o u n d a r y   p r o x i m i t y   a n d   c h a n g i n g   samp l i n g   t h r e s h o l d   v a l u e s  t o   a c h i e v e   o v e r sam p l i n g   C o s t - c o n s c i o u s  RF   53   42   48   83       T h e  co m p ar is o n   r esu lts   d em o n s tr ate  h o w  m u ch   wo r k   is   s ti ll  b ein g   d o n e  in   th e  a r ea   o f   u n b alan ce d   lear n in g   in   in tr u s io n   d etec tio n   u s in g   th e  NSL - KDD  d atas et.   E v en   wh ile  s ev er al  o f   th e  ex am in ed   ar ticles  r ep o r t  s u p er io r   o v er all  ac cu r a cy ,   th eir   b iases   in   f av o u r   o f   th e  m ajo r ity   class   ar e  th e  m a in   r ea s o n   f o r   th eir   s u cc ess .   Do u za s   et  a l.   [ 1 7 ] ,   Far q u ad   an d   B o s e  [ 1 8 ]   d em o n s tr ate  in cr ea s ed   r ec all  r ates  f o r   u 2 r   s am p les;   n o n eth eless ,   th eir   ac c u r ac y   r at es  p ale  in   co m p ar is o n   t o   th e   s u g g ested   m eth o d o l o g y .   On   th e  o th er   h an d ,   wh ile   [ 3 3 ]   h av e  g r ea ter   ac cu r ac y   r at es,  th eir   r ec all  lev el   is   ju s t  7 %,  wh er ea s   th e  s u g g ested   m et h o d ’ s   r ec all  le v el  is   4 2 %.  T h e   liter atu r e   s u g g est s   th at  ad ap tiv e   alg o r ith m s   with   co s t  weig h t  a d ju s tm en ts   h av e  also   b ee n   ex ten s iv ely   s tu d ied   f o r   m an a g in g   im b alan ce s ;  n e v er th eless ,   th e  s u g g ested   m eth o d ,   PASMOT E   with   co s t - s en s itiv e  lear n in g ,   p er f o r m s   b etter   th an   th e  s tate - of - th e - ar t t ec h n iq u es [ 1 8 ] ,   [ 3 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  51 8 - 5 29   526   T h e  tr ain in g   d ataset  o f   UNSW - NB 1 5   was   in itially   o v er s a m p led   u s in g   all  th e  f iv e  o v e r s am p ler s :  SMOT E ,   ADASY N,   b o r d er li n e  SMOT E ,   r an d o m   o v er s am p ler ,   an d   PASMOT E .   RF   cla s s if ier   s er v ed   as  th e  f o u n d atio n al  class if ier   f o r   b o t h   tr ain in g   a n d   ass ess m en t.  K - f o ld   cr o s s   v alid atio n   was  ca r r ie d   o u t,  with   a  v alu e   o f   k   eq u al  to   1 0 ,   in   o r d er   to   p r o v id e  ac c u r ate  p er f o r m an ce   esti m ates  an d   to   g en er alis e  th e  m o d el  to   en co m p ass   all  ca s es   th r o u g h o u t  th e  tr ain in g   p h ase.   T ab le  7   p r esen ts   th e  co n f u s io n   m atr ix   v alu es  ca lcu lated   u s in g   th e  f iv e   d is tin ct  o v er s am p lin g   tech n i q u es.   T h e   p e r f o r m a n c e   m e t r i cs   f o r   cl a s s   l a b el   w o r m s   c al c u l a te d   o n   t h e s e  f i v e   m o d e ls   a r e  s h o w n   in   T a b l e   8 .   T h e  f in d in g s   clea r ly   r ev ea l  t h at  PASMOT E   h as  th e  g r ea test   r ec all  v alu e  0 . 7 3   an d   p r ec is io n   o f   0 . 8 2   lead in g   to   an   elev ated   AUC  v alu e  o f   0 . 8 6   an d   a  b alan ce d   F1 - s co r e  0 . 7 7 .   T h e  r an d o m   o v er s am p ler   h as  a  g o o d   r ec all  b u t   a  p o o r   ac c u r ac y .   Alth o u g h   b o r d er lin e   SMOT E   h as  a   lar g er   p r o b ab ilit y   o f   f alse  p o s itiv es  d u e  t o   its   p o o r er   ac cu r ac y ,   it p er f o r m s   well  in   r ec all,   s u g g esti n g   im p r o v e d   d et ec tio n   o f   attac k   ep is o d es.  Sim ilar   p er f o r m an ce   is   s h o wn   b y   ADASYN  an d   SM OT E ,   in d icatin g   a  c o m p ar ab le   tr ad e - o f f   b etwe en   r ec all  an d   a cc u r ac y .   T h e  R OC   cu r v e  f o r   th ese  m o d els  is   s h o wn   in   Fig u r e   4   s o   th at  th e  tr u e   p o s itiv e  a n d   f als e  p o s itiv e  r ates  o v er   a   r an g e  o f   th r esh o ld   v alu es  ca n   b e   s ee n .   AU C   v alu es  th at  ar e  cl o s er   to   0 . 5   in d icate   r an d o m   ch an ce s ,   wh ile  th o s e  th at  a r e  clo s er   to   1 , 0   in d icate   p er f ec t  d is cr im in atio n .   As  a  r esu lt,  m o d els  n ea r er   th e   to p - lef t c o r n er   o f   th e  g r ap h   o u tp er f o r m   o th e r   m o d els.  T h e  n o tio n   th at  PASM OT E   o u tp er f o r m s   o th er   cu r r e n t state - of - th e - a r t te ch n iq u es is   s u p p o r ted   b y   th e   r o c  c u r v e  f in d in g s .       T ab le  7 .   UNSW _ NB 1 5   d ataset ’ s   co n f u s io n   m at r ix   af ter   b ala n cin g   u tili zin g   f iv e  tr ied - an d - t r u e  m eth o d s     S M O TE   A D A S Y N   B o r d e r l i n e   S M O TE   R a n d o m  o v e r sa mp l e r   P A S M O TE   N o r mal   a s  n o r ma l   3 6 9 6 8   3 6 9 6 6   3 6 9 6 1   3 6 9 9 3   3 6 9 9 3   N o r mal   a s  w o r ms   32   34   39   7   7   W o r ms a s  n o r m a l   17   17   16   18   12   W o r ms a s  w o r ms   27   27   28   26   32       T ab le  8 .   Fin d in g s   u s in g   a  RF   class if ier   o n   th e  UNSW - NB 1 5   test   s et  f o r   th e   wo r m ’ s   class   O v e r sam p l i n g   t e c h n i q u e   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1 - sc o r e   AUC   S M O TE   0 . 4 6   0 . 6 1   0 . 5 2   0 . 8 1   A D A S Y N   0 . 4 4   0 . 6 1   0 . 5 1   0 . 8 1   B o r d e r l i n e   S M O TE   0 . 4 2   0 . 6 4   0 . 5 0   0 . 8 2   R a n d o m  o v e r sa mp l e r   0 . 7 9   0 . 5 9   0 . 6 8   0 . 8 0   P A S M O TE   0 . 8 2   0 . 7 3   0 . 7 7   0 . 8 6           Fig u r e  4 .   R OC   cu r v e  f o r   f i v e  m o d els o n   UNSW - NB 1 5   test   s et   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A   n o ve l b o u n d a r y  a d a p tive  o v ers a mp lin g   a p p r o a c h   fo r   in tr u s io n   d etec tio n   ( R itin d er K a u r )   527   T h ese  f iv e  m o d els  wer e  s u b jecte d   to   s tatis tical  te s ts   to   s ee   if   th e  p er f o r m a n ce   d if f er e n ce s   b etwe en   th em   ar e  s tatis tically   s ig n if ican t  o r   m ay   h av e   h ap p en ed   b y   ac cid en t.   T h e   g en er alis atio n   o f   th ese  m o d els  o u ts id e  o f   p ar ticu lar   d atasets   is   also   aid ed   b y   th es e  tes ts .   T h e  th r ee   s tatis tical   test s   co v er ed   in   wer e  u s ed   to   ev alu ate  th e  s u g g ested   m o d el   with   all  alter n ativ e  o v er s am p lin g   tech n iq u es.  T a b le  9   p r es en ts   th e  test   r esu lt s   alo n g   with   th eir   s tatis tics   an d   p - v alu es.       T ab le  9 .   Fin d in g s   f r o m   s tatis ti ca l te s ts   ap p lied   o n   UNSW - N B 1 5   o v er s am p led   d ataset   C o m p a r e d   mo d e l s   P a i r e d   t - t e s t   M a n n   –   W h i t n e y   U   t e st   W i l c o x o n   t e s t   s i g n e d   r a n k   t e s t   t - st a t i s t i c   p - v a l u e   p   <   0 . 0 5   t - st a t i s t i c   p - v a l u e   p   <   0 . 0 5   t - st a t i s t i c   p - v a l u e   p   <   0 . 0 5   P A S M O TE  v s.   S M O T E   - 3 . 5 4   0 . 0 0 0 4   Y e s   6 8 5 7   0 . 0 4 3   Y e s   99   0 . 0 0 0 4   Y e s   P A S M O TE  v s.   A D A S Y N   - 3 . 6 7   0 . 0 0 0 2   Y e s   6 8 5 7   0 . 0 2 7   Y e s   1 2 9   0 . 0 0 0 2   Y e s   P A S M O TE  v s.   B o r d e r l i n e   S M O TE   - 4 . 5 4   0 . 0 0 0 0   Y e s   6 8 5 6   0 . 0 0 6   Y e s   9 7 . 5   0 . 0 0 0 0   Y e s   P A S M O TE  v s.   R a n d o m  o v e r sam p l e r   2 . 4 4   0 . 0 1 4   Y e s   6 8 6 2   0 . 4 7 9   No   0 . 0   0 . 0 1 4 3   Y e s       T h e  ap p lied   s tatis tical  test s   d em o n s tr ate  th e  PASMOT E   m o d el ’ s   r esil ien ce   to   b o th   s k ewe d   an d   n o r m al  d is tr ib u tio n s .   Sin ce   all  th r ee   test s   an d   m o d els  h av e   p - v alu es  less   th an   0 . 0 5 ,   th e  ch o s en   s ig n if ican c e   lev el  f o r   r ejec tin g   th e  n u ll  h y p o th esis ,   all  th r ee   test s   h av e  s u b s tan tially   r ef u ted   th e  n u ll h y p o th esis ,   wh ich   h eld   th at  th er e  is   n o   s tatis tical  s ig n if ican ce   b etwe en   th ese  m o d el s .   T h e  lo n e  ex ce p tio n   is   th e  Ma n n   W h itn ey   test ,   wh er e  less   s tatis t ical  s ig n if ican ce   is   s u g g ested   in   th ese  m o d els  ac r o s s   in d ep en d en t  s am p les  wh en   th e  p - v alu e   is   g r ea ter   th an   0 . 0 5   b etwe en   th e  p r o p o s ed   m o d el  an d   r an d o m   o v er   s am p ler .       4   CO NCLU SI O N  AND  F U T U RE   SCO P E   T h e  o b jectiv e  o f   th is   s tu d y   is   to   in cr ea s e  th e  s ec u r ity   o f   co m p u ter   n etwo r k s   ag ain s t  th e  ev er - in cr ea s in g   th r ea t  o f   c y b er attac k s   b y   ad v a n cin g   I DS   v ia  th e  p r o p o s al  o f   an   ad a p tiv e  o v er s am p lin g   tech n i q u e.   T h ese  v er s io n s   p r o v i d e  a  v iab le  way   to   o v er co m e  u n b alan c ed   d ata  d if f icu lties   an d   im p r o v e  d ec is io n - m ak i n g   p r o ce s s es  in   s ev er al   ar ea s   b y   in clu d in g   d ec is io n   lim it s   an d   ca teg o r is atio n   i n f o r m atio n   in to   t h e  s am p lin g   p r o ce s s .   T h e  s u g g ested   m eth o d   s h o we d   an   in cr ea s e   in   u n co m m o n   c lass   id en tific atio n   p e r f o r m an c e  b y   u s in g   th e  b o u n d ar y   p r o x im ity   id ea   i n   o v e r s am p lin g .   T h is   d o es  a   g r ea t  jo b   o f   ca p tu r in g   th e   n u a n ce s   an d   co m p le x ity   th at  ar e  s p ec if ic  to   th e  m in o r ity   class ,   p ar ticu lar ly   wh en   it  co m es  to   th e  d ec is io n   b o r d e r .   T h e  ex p e r im en t   in v esti g ated   s ev er al  th r esh o ld   s ettin g s   f o r   th e  r esam p lin g   p r o ce d u r e  in   o r d e r   to   o p tim is e  h y p er p a r am eter s .   W ith   ea ch   cy cle   o f   o v er s am p lin g ,   t h is   h y b r id   alg o r ith m   ex h ib its   f lex ib ilit y   b y   d y n am ically   ad ju s tin g   an d   ch o o s in g   n ew  in s tan ce s   f o r   s am p lin g .   I t  is   n o tewo r th y   t h a t  it  p lace s   m o r e  em p h asis   o n   cr ea tin g   s y n th etic  s am p les  in   ar ea s   n ea r er   th e  d e cisi o n   b o r d er ,   r ed u ci n g   th e  p o s s ib ilit y   o f   o v er g en er a lis atio n   an d   im p r o v in g   t h e  d if f er en tiatio n   b etwe en   class es.  An   in tr in s ic  b en ef it  o f   ea r ly   h altin g   a n d   m i n im is in g   o v er f itti n g   an d   u n d er f itti n g   is   p r o v id ed   b y   th e  u s e  o f   p r u n ed   d ec is io n   tr ee s   f o r   b o u n d ar y   g e n er atio n .   U n lik e  SMOT E ,   th e  m eth o d   d o es  n o t  ch o o s e  s am p le  p o in ts   at   r an d o m   f r o m   th e  f ea tu r e   s p ac e,   wh ich   lo wer s   th e  p o s s ib ilit y   o f   ad d in g   n o is e  to   th e  s am p les  th at  ar e  ch o s en .   T h e  r esu lts   o f   s tatis tical  te s tin g   h ig h lig h t   h o w  r esil ien t  an d   g en er alis ab le  th is   tech n iq u e   is   o v er   a  wid e  r an g e   o f   a r ea s .   E v en   wit h   th e   alg o r ith m ’ s   s atis f ac to r y   p er f o r m a n ce ,   th e r e  is   s till   r o o m   f o r   im p r o v em e n t  i n   ter m s   o f   ac cu r ately   d etec tin g   t h ese  u n u s u al  g r o u p s .   I t  m ay   b e   p o s s ib le  to   im p r o v e  th e  id e n tific atio n   o f   th ese  m in o r it y   class es  b y   f in e - tu n in g   o r   e x p er im en tin g   with   o t h er   m o d e llin g   s tr ateg ies.  I t  is   p o s s ib le  to   in v esti g ate  th e  am o u n t  o f   r ea lis tic  d ata  g en e r atio n   in   f u r th er   r esear c h .   Fu r th er   r esear ch   in   th e  d o m ain   o f   d ec is io n - b ased   SMOT E   v ar ian ts   is   an ticip ated   to   d r i v e  ad v a n ce m en ts   in   m ac h in e  lear n in g   b r ea k th r o u g h s   an d   r esu lt  in   m o r e   ac cu r ate  an d   d e p en d a b le  p r e d ictio n   m o d els  as  th e   ar ea   o f   u n b alan ce d   d ata  s am p lin g   c o n tin u es  to   ex p an d .   T h r o u g h   th e  u s e  o f   ex is tin g   t o o ls   an d   r eso u r ce s ,   p r ac titi o n er s   m ay   o p tim is e  th e  p o ten tia l  o f   d ec is io n - b ased   SMOT E   v ar ian ts   to   en h an ce   u n b alan ce d   d ata  s am p lin g   an d   en h an ce   m ac h in e  lear n in g   m o d el  p er f o r m an ce   in   v ar io u s   ap p licatio n s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   Q .   Z h o u ,   Y .   Q i ,   H .   Ta n g ,   a n d   P .   W u ,   “ M a c h i n e   l e a r n i n g - b a s e d   p r o c e ssi n g   o f   u n b a l a n c e d   d a t a   se t s  f o r   c o m p u t e r   a l g o r i t h m s, ”   O p e n   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   J a n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 5 1 5 / c o m p - 2 0 2 2 - 0 2 7 3 .   [ 2 ]   B .   K r a w c z y k ,   “ Le a r n i n g   f r o m  i m b a l a n c e d   d a t a :   o p e n   c h a l l e n g e s  a n d   f u t u r e   d i r e c t i o n s, ”   Pr o g ress  i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   5 ,   n o .   4 ,   p p .   2 2 1 – 2 3 2 ,   A p r .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 3 7 4 8 - 0 1 6 - 0 0 9 4 - 0.   [ 3 ]   D .   El r e e d y   a n d   A .   F .   A t i y a ,   “ A   c o m p r e h e n si v e   a n a l y s i s   o f   sy n t h e t i c   mi n o r i t y   o v e r s a mp l i n g   t e c h n i q u e   ( S M O TE)  f o r   h a n d l i n g   c l a ss   i m b a l a n c e , ”   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e s ,   v o l .   5 0 5 ,   p p .   3 2 – 6 4 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i n s . 2 0 1 9 . 0 7 . 0 7 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.