I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io ( I J RA)   Vo l.  1 4 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 ,   p p .   1 9 ~ 30   I SS N:  2722 - 2 5 8 6 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i jr a . v 1 4 i 1 . pp 1 9 - 30           19       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r a . ia esco r e. co m   O ptimi zing   ro bo a no ma ly  det ectio n t hro ug h s tocha stic  diff er ential a ppro x ima tion a nd  B ro wnia n   mo tion       B ra nes M .   P illa i 1 ,   Arus h M is hra 2 ,   Rij o   J a co b T ho m a s 3 ,   J a ck rit   Su t ha k o rn 1   1 C e n t e r   f o r   B i o m e d i c a l   a n d   R o b o t i c s   Te c h n o l o g y   ( B A R LA B ) ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   M a h i d o l   U n i v e r si t y ,   N a k h o n   P a t h o m ,   T h a i l a n d   2 B a n g k o k   I n t e r n a t i o n a l   P r e p a r a t o r y   a n d   S e c o n d a r y   S c h o o l ,   P h r a   K h a n o n g   N u e a ,   W a t t h a n a ,   B a n g k o k ,   T h a i l a n d   3 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   T K M   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   K o l l a m,   K e r a l a ,   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   Oct  2 5 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J an   2 1 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J an   2 6 ,   2 0 2 5               Th is  p a p e p re se n ts   a n   a d a p ti v e   a p p r o x ima ti o n   m e th o d   f o r   d e tec ti n g   a n o m a lo u p a tt e rn s   in   e x ten si v e   d a ta  stre a m g a th e re d   b y   m o b il e   ro b o ts   o p e ra ti n g   i n   ro u g h   terra in .   De tec ti n g   a n o m a li e in   s u c h   d y n a m ic  e n v iro n m e n ts  p o se s   a   sig n ifi c a n c h a ll e n g e ,   a i re q u ires   c o n ti n u o u s   m o n it o r in g   a n d   a d ju stm e n t   o ro b o m o v e m e n t,   wh ich   c a n   b e   re so u rc e   in ten siv e .   T o   a d d re ss   th is,   a   c o st - e ffe c ti v e   so l u ti o n   is  p ro p o se d   t h a t   in c o rp o ra tes   a   th re sh o ld   m e c h a n ism   to   trac k   tran sit io n b e twe e n   d iffere n t   re g io n o th e   d a ta  stre a m .   Th e   a p p ro a c h   u t il ize sto c h a stic  d iffere n ti a a p p ro x ima ti o n   (S DA a n d   o p ti m isti c   o p t imiz a ti o n   o Br o wn ian   m o ti o n   to   d e term in e   o p ti m a p a ra m e ter  v a lu e a n d   t h re sh o l d s,   e n su ri n g   e fficie n t   a n o m a ly   d e tec ti o n .   Th is  m e th o d   fo c u se o n   m in imiz in g   t h e   m o v e m e n c o st   o th e   ro b o ts  wh il e   m a in tain i n g   a c c u ra c y   in   a n o m a ly   id e n t ifi c a ti o n .   By   a p p ly in g   th is  tec h n iq u e ,   ro b o ts  c a n   d y n a m ica ll y   a d ju st  th e ir  m o v e m e n ts  in   re sp o n se   to   c h a n g e in   th e   d a t a   stre a m ,   r e d u c in g   o p e ra ti o n a e x p e n se s.   M o re o v e r,   th e   tem p o ra p e rfo rm a n c e   o t h e   d a ta  stre a m   is  p rio rit iz e d ,   a   k e y   fa c to o ften   o v e rlo o k e d   b y   c o n v e n ti o n a se a rc h   e n g i n e s.  T h is  p a p e r   d e m o n stra tes   h o th e   a p p ro a c h   e n h a n c e th e   p re c isio n   o a n o m a ly   d e tec ti o n   in   re so u rc e - c o n stra i n e d   e n v iro n m e n ts,  m a k in g   it   p a rti c u larl y   b e n e ficia fo re a l - ti m e   a p p li c a ti o n in   r u g g e d   t e rra in s.   K ey w o r d s :   B r o wn ian   m o tio n   Data   s tr ea m     Dif f er en tial a p p r o x im atio n     Mo b ile  r o b o   Op tim is tic  o p tim izatio n     T h is i 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 :   J ac k r it Su th ak o r n ,   C en ter   f o r   B io m ed ical  an d   R o b o tics   T ec h n o lo g y   ( B AR T   L AB ) ,   Dep ar tm en t o f   B io m ed ical  E n g in ee r i n g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Ma h i d o l U n iv er s ity   9 9 9 ,   Ph u ttam o n th o n   Sai 4 ,   Sal ay a,   Nak o r n   Path o m ,   7 3 1 7 0 ,   T h ailan d   E m ail: ja ck r it.su t@ m ah id o l.a c. th       1.   I NT RO D UCT I O N   T h p r im ar y   s ig n al  a n d   s en s o r   p r o ce s s in g   is s u is   an o m al y   i d en tific atio n   d u r in g   t h d ata  s tr ea m   [ 1 ] T h is   r esear ch ' s   p r im ar y   f o cu s   is   id en tify in g   an o m alies  w ith in   d ata  s tr ea m s ,   p ar ticu lar l y   em p h asizin g   th e   elem en o f   tim e.   T h o b jectiv is   to   en h an ce   th e f f icien cy   o f   r ep r esen tin g   s p ec if ic  s u b s et  o f   tem p o r al  d ata   s tr ea m s   th r o u g h   a   s eq u e n tial  d esig n   o f   ex p er im en ts ,   f ac ilit atin g   ac c u r ate  a n d   r ap id   an o m al y   d etec tio n   [ 2 ] ,   [ 3 ] s ig n if ican c h allen g e   in   tim e - b ased   an o m aly   id en tific atio n ,   esp ec ially   in   t h c o n tex t   o f   m o b ile  r o b o ts   u s ed   in   r o u g h   ter r ain   r escu e   m is s io n s ,   is   th ass o ciate d   c o s o f   tr a n s itio n in g   th e   d ata   s tr ea m   f r o m   o n e   g e o g r ap h ical  r eg io n   t o   an o th er   [ 4 ] .   T h is   co s p r im ar ily   ar is es  f r o m   t h m o v e m en o f   r o b o ts .   Var io u s   ap p r o x im atio n   alg o r ith m s   h a v b ee n   d ev elo p ed   to   ad d r ess   th is   is s u e,   with   th B r o wn ian   m o tio n   alg o r ith m   b ein g   a   p r o m in en t   ch o ice  d u t o   its   ex p er ien ce   in   m an ag in g   tim e   an d   co s t - ef f ec tiv m o d el  c o n s tr u ctio n   [ 5 ] .   Ho wev e r ,   t h e   s tan d ar d   B r o wn ian   m o tio n   alg o r ith m   f ac es  ch allen g es,  in clu d in g   h an d lin g   v ast  d atasets ,   m em o r y   lim itatio n s ,   an d   th in a b ilit y   to   ad a p to   b eh av io r - b ased   s y s tem   with   in f in ite  v ar ian ce   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T o   ad d r ess   th ch allen g es  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 4 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 :   1 9 - 30   20   o f   r ea l - tim an o m aly   d etec ti o n   in   d y n am ic,   r eso u r ce - c o n s tr ain ed   en v ir o n m en ts   lik r u g g ed   te r r ain s ,   th e   au th o r s   p r o p o s n o v el   ap p r o ac h   le v er ag in g   s to ch asti d if f er en tial  ap p r o x im atio n   ( SDA)   an d   o p tim is tic   o p tim izatio n   o f   B r o wn ian   m o t io n   [ 8 ] .   T h is   m eth o d   ap p r o x im ates  th s h o r test   p ath   ch ar ac ter ized   b y   B r o wn ia n   m o tio n   with in   d ef in ed   tim i n ter v al,   ac h iev i n g   g r ea ter   ac c u r ac y   b y   m in im izin g   p ath   len g th .   T h s tu d y   aim s   to   p r o v id co s t - ef f ec tiv e ,   ad ap tiv s o lu tio n   th at  b ala n ce s   en er g y   e f f icien cy ,   o p er atio n al   co s t,  an d   r ea l - tim e   r esp o n s wh ile  o p tim izin g   r o b o t m o v em e n t f o r   p r ec is an o m aly   d etec tio n .     B r o wn ian   m o tio n   is   d ef in e d   as  th v ar iatio n   in   th p ath   l en g th   m ea s u r em e n t,  ch ar ac ter ized   b y   its   co n tin u o u s   an d   n at u r al  n atu r an d   ad ap ta b ilit y   to   s h o wca s d if f er en tiatio n   in   er r atic  m o tio n s   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   I n   p r esen tin g   t h m in im u m   B r o wn ian   m o tio n   u s in g   s to c h asti d if f er en tial  ap p r o x im at io n   an d   o p tim is tic   o p tim izatio n ,   th p ath   is   d ep i cted   in   tim in ter v als,  ea ch   f u r th er   d iv id e d   in to   s u b - i n ter v al s   [ 1 1 ] .   T h cr itical   o b jectiv is   to   d eter m in e   h o w   ea ch   s u b - in ter v al  s h o u l d   b r ep r esen ted   with in   th e   en tire   tim in ter v al.   T h is   in v o lv es  th e   s elec tio n   o f   a   m a th em atica m o d el,   in   th is   ca s e,   s to ch asti d if f e r en tial  eq u atio n s   ( SDE) ,   an d   a n   o p tim izatio n   tech n iq u e ,   s p ec if ically   an   o p tim is tic  o p tim i za tio n   alg o r ith m   [ 1 2 ] .   I n   s u m m ar y ,   th is   p ap e r   in tr o d u ce s   an   in n o v ativ ap p r o ac h   to   tack le  th ch allen g es a s s o ciate d   with   tim e - b ased   an o m aly   id en tific atio n ,   p ar ticu lar ly   in   m o b ile  r o b o t s ,   b y   p r esen tin g   th s to ch a s tic  d if f er en tial  ap p r o x im ati o n   an d   o p tim is tic  o p tim izatio n   o f   B r o wn ia n   m o tio n   as  m o r ef f ec tiv e   alter n ativ to   th tr ad itio n al  B r o wn ian   m o tio n   alg o r ith m   [ 1 3 ] .   T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   p r o v id es  s ev er al  k ey   co n tr ib u tio n s   to   en h a n ce   co s ef f icien cy   an d   im p r o v an o m aly   d etec tio n   a cc u r ac y   in   r o b o tic  s y s tem s .   On o f   its   p r im ar y   ad v an tag es  is   th s ig n if ican r ed u ctio n   in   ex p en s es  r elate d   to   th m o v em en o f   m o b ile  r o b o ts ,   p ar ticu lar ly   d u r in g   th p r o ce s s   o f   d etec tin g   an o m alies  in   d ata  s tr ea m s   [ 1 4 ] .   B y   em p lo y in g   m at h e m atica m o d el  t h at  ap p r o x i m ates  th m in im al   B r o wn ian   m o tio n   p ath ,   th m eth o d   ef f ec ti v ely   m in im izes  u n n ec ess ar y   r o b o m o v em en ts ,   th er eb y   c o n s er v in g   b o th   en e r g y   a n d   r eso u r ce s .     B r o wn ian   m o tio n ,   o f ten   ass o ciate d   with   r a n d o m   m o v em e n p atter n s ,   is   s tr ea m lin ed   h e r to   lim it  r o b o m o v e m en t,  f o cu s in g   o n   p ath way s   with   m i n im al  d e v iatio n .   T h is   tar g eted   m o v em e n s tr ateg y   n o o n l y   s av es  o p er atio n al  c o s ts   b u als o   ex ten d s   th o p er atio n al   life s p an   o f   r o b o tic  c o m p o n en ts   b y   r ed u ci n g   wea r   an d   tear   o n   th m ac h in e r y   [ 1 5 ] .   I n   ad d itio n   to   co s s av in g s ,   th ap p r o ac h   em p lo y s   an   a d v a n ce d   m ath em atica l   f r am ewo r k   b ased   o n   s to ch ast ic  d if f er en tial  eq u atio n s   ( SD E s )   to   r ef in t h p r ec is io n   o f   th m in im al  p ath   ap p r o x im atio n .   B y   lev er a g in g   SDEs,  th s y s tem   ca n   d y n am ically   ad ju s to   u n p r ed ictab le  f ac to r s   th at  im p ac t   r o b o m o v em en a n d   d ata  co l lectio n   [ 1 6 ] .   T h is   ad d ed   la y er   o f   m ath em atica r ig o r   en h a n ce s   th ac cu r ac y   o f   th B r o wn ian   m o tio n   m o d el,   en s u r in g   th at  th e   r o b o ts   f o llo p at h   clo s e   to   th e   m in im al   d is tan ce   r e q u ir e d   to   d etec t a n o m alies e f f ec tiv ely .   T h u s o f   SDEs e n s u r es th at  th ap p r o ac h   ad ap ts   well  to   f lu ctu atin g   co n d itio n s ,   wh ich   ar c o m m o n   in   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s   wh e r r o b o tic   s y s tem s   en co u n ter   v ar ied   te r r ain s   an d   o b s tacle s   [ 1 7 ] [ 2 0 ] .   T h is   r esu lts   in   r o b u s s y s tem   wh er th ac cu r ac y   o f   an o m al y   d etec tio n   r em ai n s   h ig h ,   ev en   u n d er   ch allen g in g   c o n d itio n s .   T o   im p r o v th a p p r o ac h ,   a n   o p tim is tic  o p tim izatio n   tech n i q u is   in co r p o r ated   to   ef f ec tiv ely   tack le   co n tin u o u s   o p tim izatio n   c h allen g es  ass o ciate d   with   B r o wn ian   m o ti o n   [ 1 6 ] .   T h is   f r a m ewo r k   p lay s   a   v ital  r o le   in   id en tify i n g   th o p tim al  p ath s   f o r   r o b o ts ,   s tr ik in g   a   b alan ce   b etwe en   m in im izin g   p ath   len g t h   an d   m ax im izin g   th e   p r o b ab ilit y   o f   an o m al y   d etec tio n .   B y   f o cu s in g   o n   o p tim izin g   th r o b o t' s   p ath ,   th m eth o d   s ig n if ican tly   in cr ea s es  th ch an ce s   o f   ac cu r ately   id en tif y in g   an o m alies  with o u n ec ess itatin g   ex ten s iv m o v em en t.  T h is   o p tim izatio n   p r o ce s s   d o es  n o s o lely   f o cu s   o n   id en tify in g   an o m alies  b u also   em p h asizes  ef f icien r eso u r ce   allo ca tio n ,   m in im izin g   co m p u tatio n al  p o wer ,   an d   u ltima tely   r e d u cin g   th tim an d   co s in v o lv ed   in   an o m aly   d etec ti o n .   An   ad d itio n al  asp ec o f   th is   m eth o d o lo g y   is   its   em p h asis   o n   ac cu r ately   p in p o in tin g   th e   m o s lik ely   m in im u m   p ath   o f   B r o wn ia n   m o tio n   with in   a   s p ec if ic  tim f r a m e,   f ea tu r t h at  s ig n if ican tly   en h an ce s   th ef f ec tiv en ess   o f   an o m aly   d ete ctio n   [ 2 1 ] .   T h p r o p o s ed   a p p r o ac h   ef f ec tiv ely   n ar r o ws  d o wn   t h s et  o f   p r o b ab le  p ath s ,   f o cu s in g   o n   ac c u r ately   id en tify in g   t h m in im u m   p ath   th at  ex h i b its   B r o wn ian   m o tio n   ch a r ac ter is tics .   T h is   en s u r es  th at  a n o m alie s   in   ex ten s iv d ata  s tr ea m s   ar e   d etec ted   p r o m p tly   an d   with   m in im al  r eso u r ce   co n s u m p tio n ,   r ed u cin g   u n n ec ess ar y   r o b o tic  m o v em en ts .   T h ti m e - b o u n d   n atu r o f   th is   id en tific atio n   p r o ce s s   f u r th er   en h a n ce s   th s y s tem ' s   r esp o n s iv en ess ,   en ab lin g   r ea l - tim d etec tio n   o f   ir r eg u lar ities .   B y   m ain tain in g   h ig h   p r ec is io n   in   an o m aly   d et ec tio n   wh ile  o p er atin g   u n d er   r eso u r ce   co n s tr ain ts ,   th ap p r o ac h   b ec o m es  h ig h ly   s u itab le  f o r   a p p licatio n s   wh er b o th   ac cu r ac y   an d   o p er atio n al  ef f icien cy   ar e   cr itical,   s u ch   as  au to n o m o u s   n av ig atio n ,   d is aster   r esp o n s e,   an d   e n v ir o n m en tal  m o n ito r in g   in   ch allen g in g   ter r ain s .       2.   M E T H O D   C o n s id er   th d ata   s tr ea m   = {   1 , 2 , 3 }   wh er f   cr ea tes  th s er ies  o f   r an d o m   v ar iab les  ar e   1 , 2 , 3     o cc u r s   with   th d ata  s am p le  s p ac A.   E ac h   d ata  s tr ea m   is   d ep en d e n o n   eith er   o n o f   th h y p o th eses   s u ch   as  0      1 .   T h o b s er v atio n s   m ad e   b y   two   d if f er en p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   f u n ctio n s   on  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         Op timiz in g   r o b o t a n o m a ly  d et ec tio n   th r o u g h   s to ch a s tic  d iffer en tia l   a p p r o xima tio n     ( B r a n esh   M.  P illa i )   21   d ata  s am p le  s p ac o f   d ata  s t r ea m   ar 1      2 .   T ak en   0   f o r   1 wh er 0     i s   tr u f o r   0 Similar ly ,   1   f o r   2   wh er 1       is   tr u f o r   1   wh er n   d en o tes  th s et  o f   in teg er s .   0   is   p o s itiv wh en   th s p ec if ic   d ata  s tr ea m   d ef in es  th e   m o v e m en o f   d ata   s tr ea m   is   n o r m a an d   1   is   p o s itiv wh en   th e   m o v em en t   o f   d ata   s tr ea m   is   tar g et.   Su p p o s f o r   t h tak en   d ata   s tr ea m ,   1   is   tr u e   an d   its   p r o b a b ilit y   is     an d   0   is   tr u with   its   p r o b a b ilit y   ( 1 )   wh er   ( 0 , 1 ) .   W h en   t h ese  cr iter ia  ar e   n o t   s atis f ied   f o r   ,   it   s h o ws  th at   tar g et   d ata  s tr ea m   h ap p e n s   to   b e   to o   r a r ca s e.   Du r in g   th e   ex p ec tat io n   o f   h y p o th esis   .   T h g e n er al  s tr u ctu r o f   B r o wn ian   m o tio n   is   s h o wn   in   Fig u r 1 .           Fig u r e   1 .   Stru ctu r o f   B r o wn i an   m o tio n   [ 2 1 ]       T o   r e d u ce   th m o v em e n co s t   o f   th e   m o b ile   r o b o d u r in g   th d ata  s tr ea m   f r o m   o n e   p o in t   to   an o t h er   p o in t,  t h p r o b lem   o b s er v ed   an d   f o r m u lated   d u r in g   th e   d a ta  m o v em e n ts   f r o m   s tr ea m   1 to   th n ex s tr ea m   + 1 ,   s o   it  ex is ts   with   co s   with in   d is tr ib u tio n       ( . . )   0   an d   [ ] =   ̃   is   f in ite  [ 2 2 ] Ass u m th at  m o v em en co s   an d   th r em ar k s   ar co m m o n l y   in d ep en d en   W, & .   T h m o v em en co s is   ex p en s iv d u to   th m o v em en o f   th r o b o wh ile  th d ata  s tr ea m   is   m o n ito r e d   d u r in g   th n ew  d ata  s tr ea m   [ 2 3 ] .   I f   th o b s er v atio n s   ar n o tak en ,   th e n   it  is   s aid   to   b ze r o   tim an d   if   th o b s er v atio n s   ar e   m o n ito r ed   an d   th e   tim ar e   r ec o r d ed   th en   it  s h o ws  th e   o b s er v atio n   f o r   m o v em e n co s t.   T h is   ca n   also   b e   r elate d   to   en er g y .     P ro blem   1 :   C o n s id er   th B r o wn ian   m o tio n   (  ( ) ) 0   with   Hu r s t   v alu Hu   1 /2 .   Sto ch asti c   lin ea r   eq u atio n s   o f   th is   ty p a r in v esti g ated   in   th f o r m at  i n   ( 1 ) .      ( ) = ( ( ) , )  + ( ( ) , )  ( ) ,   ( 1 )     ( 0 ) =   0 ,   W h er ea s   0 ( 0 , ) , 0   is   an   Un p r ed ictab l v ec to r   i n       an d   th e   s u b s eq u e n cr iter ia   h o ld   tr u e   with   lik elih o o d   1   f o r   th r an d o m ly   g en er ated   f u n cti o n s   S a n d   T   in   ( 2 ) ,         (   ( 0 , ) ,   ) ,    1 (   ( 0 , ) ,   )   ( 2 )     f o r   ev e r y     ( 0 , )   th f u n ctio n s   ( , ) ,  ( , ) ,  ( , )    f o r   all  i in   [ 1 ,   2 . . . ,   n ]   a r lo ca lized   L i p s ch itz.   C o n s id er   th s u p p lem e n tar y   p ar tial d if f er en tial ( 3 )   alo n g   th e   r o u te  o n       ( 0 , ) ,       ( , , ) =   ( ( , , ) , )   ( 3 )     ( 0 , 0 , 0 ) =   0   W h er ein   0 is   an   a r r ay   o f   r a n d o m   elem en ts   in   s o m e   s et      an d   0   is   an   in d ep e n d en t   v ar iab le  in   s o m s et  .   I t   d er iv es  f r o m   d if f e r en tiated   e q u atio n   th eo r y   t h at  in   th n eig h b o u r h o o d   N   o f   ( 0 , 0 , 0 )   lo ca s o lu tio n     1 (   ( 0 , ) ,   ) with   L ip s ch itz  lim ited   v ar iatio n s   in   t h p ar am eter   x   o cc u r s   with   lik elih o o d   1   i n   ( 4 ) .     de t ( ( , , ) ) 0   ( 4 )     F or   ( , , )   2 2 ( , , ) =  ( ( , , ) , ) ( ( , , ) , ) = 1   ( 5 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 4 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 :   1 9 - 30   22   Fro m   ( 5 ) ,   o n   [ 0 ,   T ] ,   ad d itio n al ly   co n s id er   th e   p ath   wis d if f e r en tial e q u atio n   ( in   m atr i x   f o r m )   as in   ( 6 ) .      ( ) = (     ( ) ,  ( ) , ) 1 [ ( ( ( ) ,  ( ) , ) , )     ( ) ,  ( ) , ]  ,   ( 6 )     ( 0 ) = 0   ( 7 )     Fro m   ( 7 ) ,   a   m ax im u m   r a n g e,   h as  d is tin ct  lo ca s o lu tio n   as   ( 0 1 , 0 2 ) ( 0 , )   with   0 ( 0 1 , 0 2 ) .   Her e,   u s o f   s to ch asti ap p licatio n   o f   th e   f o r m u la  t o   th e   r a n d o m ize d   f u n ctio n   ( , )   =   (   ( ) , , )   an d   th e   B r o wn ian   m o tio n   B r   in   ( 8 ) ,     (   ( ) ,  ( ) , ) (   ( 0 ) ,  ( 0 ) , 0 )   ( 8 )     =   (     ( ( ) ,  ( ) , ) ) ( ) + (       ( ( ) ,  ( ) , ) )    ( ) 0 0 = 0 + (       ( ( ) ,  ( ) , ) )  0     = ( ( ( ) ,  ( ) , ) , )  + ( ( ( ) ,  ( ) , ) , )  ( ) 0 . 0   ( 9 )     Hen ce ,   ( ) ( ( ) ,  ( ) , )   p r o v es.     ( ) = 0 + ( ( ) , )  + ( ( ) , )  ( ) . 0 0   ( 1 0 )     Fo r   ea ch   , tr ea th e   p ath   wis e   d if f er e n tial  eq u atio n   o f   ( 6 )   ( r ep r esen ted   as  m at r ix )   as  a n   a p p r o x im atio n    ( t)   o f   th e   o r ig i n al  p r o ce s s    ( )   an d   th ( 1 1 ) ,     ( ) = (     ( ) ,  ( ) , ) 1 [ ( ( ( ) ,  ( ) , ) , )     ( ) ,  ( ) , ]      ( 0 ) =   0   ( 1 1 )     d is tin ct  lo ca lized   eq u ilib r i u m   o n   th m a x im u m   p er io d   o f   p r esen ce   ( 1 , 2 )   ( 0 1 , 2 ) .   Usi n g   th s to ch asti c   f o r m u la,   ( , )   =   (   ( ) , , )   f o r   t h r a n d o m   f u n ctio n   ( , )   an d   th p r o ce d u r B as in   ( 1 2 ) ,     ( ( ) ,  ( ) , ) ( ( 0 ) ,  ( 0 ) , 0 )                   ( 1 2 )   =   (     ( ( ) ,  ( ) , ) ) ( ) + (       ( ( ) ,  ( ) , ) )    ( ) 0 0 = 0 + (       ( ( ) ,  ( ) , ) )  0   = ( ( ( ) ,  ( ) , ) , )  + ( ( ( ) ,  ( ) , ) , )  ( ) 0 . 0       Hen ce ,   ( ) ( ( ) ,  ( ) , )   p r o v es in   ( 1 3 ) ,     ( ) = 0 + ( ( ) , )  + ( ( ) , )  ( ) 0 0   ( 1 3 )     T h s u b s eq u en p ath   wis co n d itio n   ar is es f r o m   th e   p r o p o s e d   th eo r em     l im s up ( ) ( ) = 0     s in ce   L   f o llo ws th at     l im ( ) ( ) = 0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         Op timiz in g   r o b o t a n o m a ly  d et ec tio n   th r o u g h   s to ch a s tic  d iffer en tia l   a p p r o xima tio n     ( B r a n esh   M.  P illa i )   23   T h is   s tu d y   ef f ec tiv ely   d em o n s tr ates  th co n n ec tio n   b etwe en   th o u tco m es  an d   ap p r o x im atio n s   o b tain ed   f r o m   th p r o v id ed   s to ch asti d if f er en tial  eq u atio n   an d   th eir   ass o ciatio n   with   th p ath   wis d if f er en tial  eq u atio n ,   as  r ef er e n ce d   in   s o u r ce s   [ 4 ] [ 7 ] .   Mo r s p ec if ically ,   it  s h o wca s es  h o th s o lu tio n   C   f o r   th p ath   wis d if f er en tial  ( 7 )   ca n   b in f er r ed   f r o m   th r esp o n s co r r esp o n d in g   to   t h s to ch asti eq u atio n   ( 1 ) .   I t' s   cr u cial  to   em p h asize  th at  th is   s tatem en is   m ad u n d er   th ass u m p tio n   th at  eq u atio n   6   p o s s ess es  a   u n iq u g lo b al  s o lu tio n ,   th er e b y   g u ar a n teein g   th e   u n iq u en ess   o f   th lo ca l so l u tio n   f o r   eq u at io n   1 .   T h is   p ap er   estab lis h es  clea r   lin k   b etwe en   th s o lu tio n s   an d   esti m atio n s   o f   s to ch asti an d   p ath   wis d if f er en tial  e q u atio n s   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   Ad d itio n ally ,   it   u n d er s co r es  th s ig n if ica n ce   o f   u n iq u e   co n d itio n s ,   p ar ticu lar ly   in   th c o n tex o f   ( 6 )   an d   its   im p licatio n s   f o r   eq u atio n   1 .   L et  L   r e p r esen th s o lu tio n   to   ( 2 ) .   I is   well  estab lis h ed   th at  th s o lu tio n   is   in v er tib le  in   th n eig h b o r h o o d   N   o f   ( 0 , 0 , 0 ).     ( , , ) , ( ( , , ) , , ) h as th o p p o s ite.     s tan d s   f o r   th m a p p in g   th at  p r o v id es     ( ( , , ) , , ) =   an d   ( ( , , ) , , ) =     I n   ar ea     ar o u n d   u s ,   th m atr ix   eq u iv alen ce   h o ld s   in   ( 1 4 ) .       ( , , ) = (   ( ( , , ) , , ) ) 1                                                                    ( 1 4 )     B y   u s in g   ( 2 ) ,   th o b tain   ( 1 5 )   a n d   ( 1 6) .       ( , , ) =    ( , , ) = 0 ( , )                                       ( 1 5 )       ( , , ) =  ( , , )   ( ( , , ) , , )       = 0         ( 1 6 )       B y   p lu g g in g   th p ar am eter s   o f   th + 1 - v alu ed   p r o ce d u r ( ( ) ,  ( ) )   in to   th s to ch asti c   eq u atio n   f o r   a n   ex p r ess io n   ( z,   y ,   t) ,   g et  ( 1 7 ) ,     ( ( ) ,  ( ) , ) ( ( 0 ) ,  ( 0 ) , 0 )   ( 1 7 )   = (     ( ( ) ,  ( ) , ) ) ( ) + (      ( ( ) ,  ( ) , ) )    ( ) 0 0 = 0 + (       ( ( ) ,  ( ) , ) )  0     =   (     ( ( ) ,  ( ) , ) ) ( ( ) , )  0 = 0     ( ( ) ,  ( ) , ) 0 = 0  ( ( ( ) ,  ( ) , ) ,  ( ) , )      B u ( ) = ( ( ( ) ,  ( ) , ) ,  ( ) , )   an d   ( 1 4 )   h o ld s ,   h en ce     ( ) ( ( ) ,  ( ) , )   ( 1 8 )     s atis f ies  th p ath - wis ( 6 )   o n   an   in d i v id u al  s ca le.   Similar ly ,   it  m ay   estab lis h   th at  ( ) ( ( ) ,  ( ) , )   s atis f ies   th p ath - wis ( 1 1 )   o n   p ar ticu lar   s ca le.   L et  B r   a p p r o x im ate  p r o p o r tio n ate  B r o wn ian   m o tio n   B z L et  , : ( 0 , )   b p r e d eter m in e d   in   ( 1 9 )   an d   ( 2 0 ) ,     ( ) = 0 + ( ( ) , )  + ( ( ) , )  ( ) . 0 0      ( 1 9 )     ( ) = 0 + ( ( ) , )  + ( ( ) , )  ( ) . 0 0   ( 2 0 )   w h er ,   ac ce p ts ,   with   h ig h   p r o b ab ilit y ,   a   s in g le  lo ca s o lu ti o n   o n   th e   s am in ter v al   ( t 1 ,   t 2 )   ( wh er e   t 0   is   o u ts id o f   Z   b u s till   p ar o f   th in ter v al) .   I n   ad d itio n ,   th f o llo win g   ap p r o x im ate  r esu lt  h as  b ee n   o b tain ed   in   ( 2 1 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 4 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 :   1 9 - 30   24    . ( l im s up   ( ) ( ) = 0 ) = 1   ( 2 1 )     P ro blem   2   Fin d   th n ea r er   l o ca tio n   f r o m   th s o u r ce   p o in wh er th d ata  s tr ea m   W   b eg in s   an d   d ef in o p tim al  p ath   f o r   th e   d at s tr ea m   W   m o v es f r o m   o n p o in t to   an o th er   p o in t.   P ro o f   ( a )   T h e   an ticip ated   q u a n tity   o f   n ea r - o p tim al  lo ca tio n s   f o r   an y   b   is   co n s tr ain ed   in   ( 2 2 ) ,     [ (   ) ] 6 2 2                                                ( 2 2 )     I f ix es  th v alu o f   ( 1 2 ) .   T h s p ee d   o f   g r o wth   o f   ( ) ,   th q u an tity   o f   - n ea r - o p tim al  lo ca tio n s   in   [ 0 ,   1 ]   o f   th e   f o r m   / 2 ,   is   m ea s u r ed   b y   th n ea r - o p tim ality   d i m en s io n   in   d im en s io n   o n wit h   th e   p s eu d o - d is tan ce ( , ) = ( | | ) . I s h o ws  th at,   in   g e n er al,   th is   q u an tity   g r o ws  at  co n s tan r ate  r eg a r d in g   b .   T h is   im p lies   th at  th er e x is ts   m etr ic  w h er t h B r o wn ia n   is   L ip s ch itz  with   lik elih o o d   at  least  1   an d   h as   n ea r - o p tim ality   asp ec t =   0   w ith     =   (  ( 1 / ) ) .   T h (  ( 1 / ) )   ter m ,   o r ig in atin g   f r o m   th s tan d ar d   DOO  er r o r   f o r   d eter m in is tic  f u n ctio n   o p tim is atio n ,   an d   a   d if f e r en t   (  ( 1 / ) )   ter m ,   o r ig in atin g   f r o m   t h n ee d   to   ad ju s o u r   p s eu d o - d i s tan ce          s u ch   th at   th e   B r o wn ian   is     - L ip s ch itz  with   lik elih o o d   1 -   ,   to g eth e r   r e p r esen th e   f in ali s ed   s tu d y   d if f icu lty   b o u n d .   C o m b in i n g   t h ese  two   b o u n d s   y ield s   an   u p p er   lim it o n   s am p le  co m p lex ity   o f   (  2 ( 1 / ) )   P ro o f   ( b)  B r o wn ian   m o ti o n   wh o s o p tim u m   is   r ea ch ed   f o r   th in itial  tim at  th lo ca tio n   d escr ib ed   as is   d en o ted   b y   a n d   th B r o wn ian   m ea n d er   0 + ca n   b d ef in e d   as in   ( 2 3 ) ,       0 + ( 1 . 1 ) 1   ( 2 3 )     1 + (   1 + ( 1 1 ) ) 1 1   ( 2 4 )     T h en   th th e o r em   1   d ec lar es t h at  + 0 + 1 +   an d   t 1   ch an g es r eg ar d less   o f   b o t h   0 +      1 + .   Fo r   ea ch   p o s itiv in teg er ,   it  e s tab lis h es  m ax im u m   co n s tr ain o n   th p r e d icted   am o u n o f   - n ea r - o p tim al  p o s itio n s   b >0   an d   a n y   v alu es o f   > 0 .     [ ( ) ] =   [ 1 { ( 2 ) > } 2 = 0 ] =   [ 1 { ( 2 ) > } ] 2 = 0     = [ 1 { { ( 2 ) >   2 1 } { ( 2 ) > 2 > 1 } } ] 2 = 0     = [ 1 { 0 + ( 1 1 2 ) < 1 2 1 } ] 2 = 0 + [ 1 { 1 + ( 2 1 1 1 ) < 1 1 2 > 1 } ] 2 = 0     Sin ce   t1   ch an g es  r eg ar d less   o f   0 +      1 + ,   u tili zin g   t h ab o v e q u atio n   with   C ( 0 + , 1 + ) ,   D= t1   a n d   f u n ctio n   in   ( 2 5 ) ,      : ( 0 , 1 ) , ( [ 1 { 0   ( 1 1 2 ) < 2 } ] +   1 { 1   ( 2 1 1 ) < 1 2 > } ) 2 = 0 ( 2 5 )     it h as su f f icien t e v id en ce   t o   ass er t th at.     [ (   ) ] =   [ ( , ) ] s up [ ( , ) ]   s u p { [ 1 { 0 + ( 1 2 ) < 2 } ] 2 = 0 } + s u p { [ 1 { 1 + ( 2 1 ) < 1 2 > } ] 2 = 0 }   = s up { { 0 + ( 1 2 ) < } 2 = 0 } + s up { { 1 + ( 2 1 ) < 1 } 2 = 2 }     = 2 s up { { 0 + ( 1 2 ) < } 2 = 0 }       = 2 s up { 1 + 2 + 3 + 4 }                                     ( 2 6 )     w h er ( 2 6 )   is   ex p an d ed   as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         Op timiz in g   r o b o t a n o m a ly  d et ec tio n   th r o u g h   s to ch a s tic  d iffer en tia l   a p p r o xima tio n     ( B r a n esh   M.  P illa i )   25   1 = [ 0 + ( 1 2 ) < ] 2 2 = 0   2 = [ 0 + ( 1 2 ) < ] 2 2 = 2 2 ,       3 = [ 0 + ( 1 2 ) < ] ,       2 2 2 = 2 2 4 = [ 0 + ( 1 2 ) < ] 2 = 2 2 2   .       Giv en   th at  1   is   th h ig h est  p o s s ib le  lik elih o o d ,   it  m a y   s im p l y   p lace   a   lim it  o n   1    4   as  2 2 ,   to   o b tain   th at  1 + 4 2 ( 2 2 ) .   B y   ac cu m u latin g   a cr o s s   th B r o wn ian   m ea n d er   d is tr ib u tio n   p ar am eter s ,   it c an   n o p lace   u p p er   a n d   lo we r   b o u n d s   o n   th r est o f   t h p o s s ib ilit ies o cc u r r in g   in   t h af o r em en tio n ed   f o r m u la.     [ 0 + ( ) < ] = 2 2   e x p   ( 2 2 ) 2 0 e x p   ( 2 2 ( 1 ) ) ( 1 ) 2     0 2 ( 1 ) ( . 2 ) 2 0 e x p ( 2 2 )  2 3 3 ( 1 ) ( . 2 ) 2 3 3 ( 1 ) ( 1 ) ( . 2 )   = 2 3 2 ( ( 1 ) ) 3     T h lim it is   th en   ap p lied   t o   th e   s u m   o f   2    3 .       2 +   3 =   [ 0 + ( 1 2 ) < ] 2 2 = 2 2 + [ 0 + ( 1 2 ) < ] 2 2 2 = 2 2     2 3 2 (       ( 1 2 2 ) )       3 + 2 2 = 2 2 2 3 2 (       ( 1 2 2 ) )       3 2 2 2 = 2 2       1 6 (       2 )       3 + 2 2 = 2 2 1 6 (   1 2 )   3 2 2 2 = 2 2       1 6 (       2 )       3 + 2 2 = 2 2 1 6 (   2 2 + 2 )   3 2 2 2 = 2 2         Swap p in g   o u t t h in d e x in g   as  =   + 2 ,   d is co v er   th e   f o llo win g ,       2 +   3 ( 2 2 ) 3 / 2 6 (     1 3 / 2 2 2 = 2 2 + 1 3 / 2 2 2 2 = 2 2 )           ( 2 2 ) 3 2 3 1 3 2 = 2 2   ( 2 2 ) 3 2 3 3 2 2     1 2 2   2 2 ,       wh er it wa s   u tili ze d   f o r   a n y th in g   in   th p r ev io u s   r o 0 > 0 ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 4 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 :   1 9 - 30   26   1 3 2 = 0 1 0 3 2 + 1 3 2    = 1 = 0 + 1 1 0 3 2 + 1 3 2    = 0 1 0 3 2 + 2 0 3 0     At  lo n g   last ,   th o b tain e d   ( 2 7 ) ,     , 1 + 2 + 3 + 4 3 2 2                             ( 2 7 )     Hen ce ,   [ (   ) ] 6 2 2       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   I n   th e   MA T L AB   im p lem en tatio n ,   a   s er ies  o f   n u m e r ical  test s   wer co n d u cted   to   ass es s   th e   p er f o r m an ce   o f   tech n i q u e   f o r   ev alu atin g   th m o v em e n co s o f   d ata  s tr ea m s .   T h i s   p r o ce s s   in v o lv ed   ass ig n in g   s p ec if ic  co s v alu es  to   th m o v em en o f   d ata  s tr ea m s .   On k ey   p ar am eter ,   d e n o t ed   as   ̂   ,   was  s et  to   0 ,   s im p lify in g   th ca lcu latio n   b y   n eg atin g   th co n tr i b u tio n   o f   λ   to   th co s f u n ctio n .   T h s y s tem   u tili ze d   a   p r o b a b ilit y   d is tr ib u tio n   wh er π  0   an d   f o llo wed   s tan d ar d   n o r m al  d is tr ib u tio n   o f   n   ( 0 , 1 ) ,   wh ich   was   ess en tial  f o r   d etec tin g   d ata  s tr ea m   m o v e m en ts   with in   a   d ef i n ed   r a n g e.   T h e x p er im e n ai m ed   to   e v alu ate  th e   ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   tech n iq u b y   s im u latin g   s er i es  o f   d ata  s tr ea m s   an d   m ea s u r in g   th ass o ciate d   m o v em en t   co s ts .   Ho wev er ,   a   n o tab le   lim itatio n   a r is es  wh en   λ   is   s et  to   0 ,   as  it  b e co m es  im p o s s ib le  to   ca lcu late  th o p tim al  m o v em en co s u n d er   s u c h   co n d itio n s .   Desp ite  th is ,   th ex p er i m en p r o ce ed ed   b y   g en er atin g   tar g et  d ata  s tr ea m   v alu es  with   p r o b ab ilit y   o f   0 . 1   an d   f o llo win g   n o r m al  d is tr ib u tio n   o f   m ea n   0   an d   v ar ian ce   1 ,   n   ( 0 , 1 ) .   T h is   p r o b ab ilis tic  g en e r atio n   allo we d   f o r   a   co n t r o lled   y et  b asic  e n v ir o n m e n in   wh ich   th tech n iq u co u ld   b ev al u ated .   Fo r   th s im u latio n ,   t h s tan d ar d   d ata  s tr ea m   was  m o d eled   u s in g   d is tr ib u tio n   with   m ea n   o f   0   an d   h ig h er   v a r ian ce   o f   1 . 7 ,   allo win g   th s y s tem   to   co m p ar th p er f o r m an ce   b etwe en   th g en er ated   tar g et  d ata  s tr ea m   an d   th s tan d ar d   o n e.   T h is   d if f er e n ce   in   d is tr ib u tio n   en a b led   th e   m eth o d   to   ass ess   h o well   it  co u ld   d etec an d   ev alu ate  m o v em en ts   ac r o s s   v ar ied   d ata  p atter n s .   Acc o r d in g   to   th r esu lts ,   th p r o p o s ed   m eth o d   p r o d u ce d   1 5 p r o b ab ilit y   f o r   d etec tin g   t h v alu es  0     an d   1   ,   m ar k in g   th ese  as k ey   p o in ts   o f   in ter est  with in   th d ata  s tr ea m ' s   m o v em en t.   Desp ite  th in s ig h ts   g ain ed ,   t h er wer o b s er v a b le  s h o r tco m in g s .   Sp ec if ically ,   th e   m o v e m en co s f o r   0     r ea ch ed   its   m ax im u m ,   al o n g   with   its   ass o ciate d   er r o r   r ate.   T h is   in d icate s   th at  wh ile  th m eth o d   m ay   o f f er   s o m b en e f its ,   s u ch   as  d etec tin g   m o v em en ts   in   d ata  s tr ea m s ,   its   ef f o r ts   to   p r o v id o p tim al  r esu lts   u n d er   ce r tain   co n d itio n s ,   p a r ticu lar l y   wh en   λ   is   s et  to   0 .   T o   en h an ce   th ex p e r im en t,  it  wo u ld   b b en ef icial  to   in tr o d u ce   m o r co m p lex   s ce n ar io   with   v ar ied   p ar am eter   v alu es  an d   co n d itio n s   to   f u lly   ass ess   th e   tech n iq u e' s   ef f ec tiv en ess   an d   lim itatio n s .   Fig u r 2   p r esen ts   co m p a r ativ v is u aliza tio n   o f   th r ee   d is tin ct  d ata  s am p les,  lab eled   as  s am p le   1 ,   s am p le  2 ,   an d   s am p le   3 ,   ea c h   d elin ea ted   b y   a   u n i q u c o lo r b lack ,   r e d ,   a n d   b lu e,   r esp ec tiv el y .   Sam p le   1   ex h ib its   a   s m all  KL   d iv e r g en ce   ( 0   | | 1 )   an d   ( 1 | | 0 ) ,   in d icatin g   a   p r ed icted   o v er s h o o ap p r o ac h in g   ze r o .   Sam p le  2   h as  s m a ll  er r o r   p r o p o r tio n   wh er ( = 0 ) ,   an d   f o r   lar g er   p r o p o r tio n ,   it  s h o ws  l ar g v alu e,   d en o ted   b y   ( 1 - β)/α ,   wh ich   lead s   to   d ata  s tr ea m   ter m in atio n .   I n   th e   ca s o f   s am p le  3 ,   wh ich   h as  lar g v alu e,   t h p r im a r y   g o al  o f   th a n aly s is   is   to   r ed u ce   th n u m b er   o f   alg o r ith m   ch a n g es b ef o r c o r r ec tly   id en tify in g   th tar g et  d at s tr ea m .             Fig u r 2 .   Sam p les with   KL   d i v er g en ce s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE I n J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         Op timiz in g   r o b o t a n o m a ly  d et ec tio n   th r o u g h   s to ch a s tic  d iffer en tia l   a p p r o xima tio n     ( B r a n esh   M.  P illa i )   27   All  th r ee   s am p les  f o llo a   s im ilar   tr en d   with   th eir   o wn   p e cu liar   ch a r ac ter is tics .   Sam p le  1   ( b lack )   ex h ib its   s tead y ,   alm o s lin ea r   d ec lin u n til  it  f latten s   o u t o war d s   th e n d   o f   th e   d o m ain .   Sam p le  2   ( r e d )   is   ch ar ac ter ized   b y   a   s ig n if ica n o s cillatio n   b ef o r s h a r p l y   d r o p p in g ,   i n d icatin g   v a r iab le  r esp o n s o r   m ea s u r em en b ef o r r ea ch in g   s im ilar   lev el  a s   s am p le  1   to war d s   th en d .   Sam p le  3   ( b lu e)   m ir r o r s   th o s cillatio n   s ee n   in   s am p le  2 ,   b u with   less   p r o n o u n ce d   in itial  d r o p   an d   d ee p er   f i n al  d escen t.  T h is   co m p ar is o n   allo ws  f o r   an   ea s y   ass es s m en o f   th s im ilar ities   an d   d if f er en ce s   in   b eh a v io r ,   o r   r esp o n s es  ca p tu r ed   b y   th t h r ee   s am p les  ac r o s s   th r an g o f   ' n '   v alu es.  Fig u r e   3   p r esen ts   a   tim e - s er ies  lin ea r   ap p r o x im atio n   o f   B r o wn ian   m o tio n ,   r e f lectin g   d ata  s tr ea m   f lo d y n am ics  with in   u n it  in ter v al.   T h e   v is u aliza tio n   b eg in s   at  ze r o   a n d   r ap i d ly   r ea c h es  m ax im u m   at  T =0 . 2 ,   af ter   wh ic h   it  m o d er ately   r ec ed es  to   a   p latea u   o f   0 . 8 ,   s u s tain ed   u n til  T =0 . 6 .   Su b s eq u en tly ,   th e   s er ies  u n d er g o es  p r o n o u n ce d   d r o p   to   0 . 6 ,   s tab ilizes  m o m en tar ily ,   t h en   d escen d s   p r ec ip ito u s ly   to   0 . 2 ,   cu lm i n atin g   in   f in al  d o wn t u r n   b ac k   to   ze r o   as  T   ap p r o ac h es  1 .   T h is   p o r tr ay al   s u g g ests   p iece wis lin ea r   p r o ce s s   with   d is tin ct,   s u s tain ed   lev els  b ef o r e   tr an s itio n in g ,   in d icativ o f   s y s tem   ex h ib itin g   s tep wis s ta b ilit y   b ef o r en ter in g   n ew  p h ases .   Fig u r es  4   to   6   o f f er   in s ig h ts   in to   th b e h av io r   o f   d ata   s tr ea m   m o v e m en ts   an d   th eir   r elatio n s h ip   with   th p ar am eter   λ .   Fig u r 4   d em o n s tr ates  m in im u m   B r o wn ian   p ath   with   c h ar ac ter is tic  r is e - an d - f all  p att er n s   o v er   tim e,   d is p lay in g   t h in h er en r an d o m n ess   o f   th m o tio n   th r o u g h   p ea k s   an d   tr o u g h s   b etwe en   T =0   a n d   T =1 .   I n   co n tr ast,  Fig u r 5   s h o ws  d ec r ea s in g   tr en d   in   th n u m b er   o f   m o v em en ts   s tar tin g   f r o m   4 0   at  λ =0   an d   d im in is h in g   as  λ   in cr ea s es,  s u g g esti n g   an   in v er s r elatio n s h ip .   Me an wh ile,   Fig u r 6   co n tr asts   th is   b y   d ep ictin g   d ir ec t,  lin ea r   co r r elatio n   b etwe en   λ   an d   th to tal  n u m b er   o f   o b s er v atio n s ,   wh ich   in cr ea s es  p r o p o r tio n ally   f r o m   1 1 0   to   1 4 5   as  λ   g r o ws  f r o m   0   to   5 .   T h is   co m p a r is o n   h ig h lig h ts   th e   s ig n if ican ce   in   wh ich   λ   v alu es  ch an g d ata  s tr ea m   b eh av io r ,   with   th r is in   o b s er v atio n s   p o s s ib ly   p o i n tin g   to   in cr ea s ed   d ata   co llectio n   o r   d etec tio n   ca p ab il ities   as  λ   g r o ws,  d esp ite  t h d ec r ea s in   m o v em en t   f r e q u en cy .   T o g eth er ,   th ese   f ig u r es  aid   in   id en tify in g   a n o m alies  b etwe en   d if f er en t   d ata   s tr ea m   p ath s   b y   ev alu atin g   t h m o v em en t   co s o v er   tim e.           Fig u r 3 .   Sto ch asti d if f er en ti al  eq u atio n   with   lin ea r   ap p r o x i m atio n   f o r   B r o wn ian   m o tio n           Fig u r 4 .   B r o wn ia n   p ath   with   tim e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE I n J   R o b   &   A u to m Vo l .   1 4 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 :   1 9 - 30   28       Fig u r e   5 .   Data   s tr ea m   m o v em en ts   b ased   o n   o b s er v atio n s           Fig u r e   6 .   T o tal  o f   n u m b e r   o f   o b s er v atio n   w. r . t λ v alu e       4.   CO NCLU SI O N   An o m aly   d etec tio n   is   ac h iev e d   b y   r ep o s itio n in g   a   d ata   s tr ea m   f r o m   o n e   lo ca tio n   to   an o t h er ,   wit h   m o v em en t   co s ts   ev alu ated   t h r o u g h   B r o wn ian   m o tio n .   T h e   p r o ce s s   in v o lv es  a p p ly in g   a   m ath em atica m o d el  b ased   o n   th s to ch asti d if f er en tial  eq u atio n   o f   B r o wn ian   m o tio n .   B y   o p tim izin g   th B r o wn ian   m o tio n   o v er   tim e,   th n ea r est  p o s itio n   to   th an o m aly   is   id en tifie d .   T h m o d el  d e v elo p ed   an d   v alid ated   in   th is   wo r k   ef f ec tiv ely   ap p r o x im ates  th m in im u m   p ath   r e q u ir ed   to   d e tect  an o m alies.  I ts   s tr en g th   lies   in   its   ab ilit y   to   ac co m p lis h   th task   with in   r elativ ely   s h o r cr o s s in g   tim e,   wh ile  ac cu r ately   id en tify in g   an o m alies  th r o u g h   th o b s er v atio n   o f   m o v em en t   co s ts .   T h is   ap p r o ac h   p r o v es  to   b e   v al u ab le  to o f o r   ef f icien tly   d etec tin g   an o m alies,  o f f e r in g   b o th   s p ee d   an d   ac c u r ac y   i n   th p r o ce s s .       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h is   p r o ject  is   s u p p o r ted   b y   th R ein v en tin g   Un iv er s ity   Sy s tem   th r o u g h   Ma h i d o Un iv er s ity   ( I O   8 6 4 1 0 2 0 6 3 0 0 0 ) ,   a n d   T h is   r esear ch   is   p ar tially   s u p p o r ted   b y   th e - ASI J o in R esear ch   Pro g r am   ( P - 19 - 5 0 8 6 9 )   Gr a n th r o u g h   th e   Na tio n al  Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Dev elo p m en Ag e n cy   ( NSTD A)   an d   Ma h id o l   Un iv er s ity ,   T h ailan d .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   R .   A .   A r i y a l u r a n   H a b e e b ,   F .   N a saru d d i n ,   A .   G a n i ,   I .   A .   Ta r g i o   H a s h e m,  E.   A h me d ,   a n d   M .   I mr a n ,   R e a l - t i m e   b i g   d a t a   p r o c e ss i n g   f o r   a n o m a l y   d e t e c t i o n :   A   S u r v e y ,   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   I n f o rm a t i o n   Ma n a g e m e n t ,   v o l .   4 5 ,   p p .   2 8 9 3 0 7 ,   A p r .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j i n f o m g t . 2 0 1 8 . 0 8 . 0 0 6 .   [ 2 ]   R .   H u ,   X .   Y u a n ,   Y .   Q i a o ,   B .   Zh a n g ,   a n d   P .   Z h a o ,   U n s u p e r v i s e d   a n o m a l y   d e t e c t i o n   f o r   m u l t i v a r i a t e   t i m e   s e r i e s   u s i n g   d i f f u si o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.