ATM機(jī)交易狀態(tài)異常檢測(cè)分析

倪賢卿， 梁華卓， 馮健鋆， 高卓

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 廣東 廣州 510900；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院信息工程學(xué)院，廣東 廣州 510900；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院基礎(chǔ)部， 廣東 廣州 510900)

引言

近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，商業(yè)銀行業(yè)務(wù)徒增，ATM機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)扮演著重要角色。相比銀行的柜臺(tái)服務(wù)，ATM機(jī)具有無(wú)人看管，業(yè)務(wù)量大的特性，因此關(guān)于ATM機(jī)交易狀態(tài)的特征分析和異常檢驗(yàn)的研究就極具必要性[1]，對(duì)ATM機(jī)交易的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)和報(bào)警是一項(xiàng)十分重要的事情。

商業(yè)銀行的ATM應(yīng)用系統(tǒng)包括前端和后端兩個(gè)部分。前端是部署在銀行營(yíng)業(yè)部和各自助服務(wù)點(diǎn)的ATM機(jī)（系統(tǒng)），后端是總行數(shù)據(jù)中心的處理系統(tǒng)。前端的主要功能是和客戶直接交互，采集客戶請(qǐng)求信息，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶蠖?，再進(jìn)行數(shù)據(jù)和賬務(wù)處理[2]。持卡人從前端設(shè)備提交查詢、轉(zhuǎn)賬和取現(xiàn)等業(yè)務(wù)請(qǐng)求的任意一個(gè)，到后臺(tái)處理完畢，并將處理結(jié)果返回到前端，通知持卡人業(yè)務(wù)處理最終狀態(tài)，我們稱這樣完整的一個(gè)流程為一筆交易[3]。

商業(yè)銀行總行數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各分行的交易信息進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)。匯總信息包括業(yè)務(wù)量、交易成功率、交易響應(yīng)時(shí)間三個(gè)指標(biāo)。其中，業(yè)務(wù)量表示每分鐘總共發(fā)生的交易總筆數(shù)；交易成功率表示每分鐘交易成功筆數(shù)和業(yè)務(wù)量的比率[4]；交易響應(yīng)時(shí)間表示一分鐘內(nèi)每筆交易在后端處理的平均耗時(shí)，ms。

交易數(shù)據(jù)分布存在以下特征:工作日和非工作日的交易量存在差別；一天內(nèi),交易量也存在業(yè)務(wù)低谷時(shí)間段和正常業(yè)務(wù)時(shí)間段。當(dāng)無(wú)交易發(fā)生時(shí),交易成功率和交易響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)為空。

1 量化分析

1.1 拉依達(dá)準(zhǔn)則

商業(yè)銀行總行數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)為了實(shí)時(shí)掌握全行的業(yè)務(wù)狀態(tài),每分鐘就對(duì)各分行的交易信息進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，所以異常檢測(cè)也應(yīng)該一分鐘檢測(cè)一次，這樣會(huì)使匯總統(tǒng)計(jì)更加合理[5]。我們對(duì)每一分鐘求其置信區(qū)間：根據(jù)正態(tài)分布特性，可以選取±2σ或±3σ作為其置信區(qū)間，也就是拉依達(dá)準(zhǔn)則法，在置信區(qū)間外即判斷為數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常；如果選取±2σ作為其置信區(qū)間，每一個(gè)數(shù)據(jù)落入這個(gè)范圍的概率只有95%，排除了過(guò)多的正常值；如果選取±3σ作為其置信區(qū)間，每一個(gè)數(shù)據(jù)落入這個(gè)范圍的概率有99.7%，相比之下，選擇±3σ作為置信區(qū)間合理性更高[6]。

拉依達(dá)準(zhǔn)則：假設(shè)把被測(cè)量進(jìn)行等精度測(cè)量，獨(dú)立得到 x1，x2，…，xn，算出其算術(shù)平均值及剩余誤差 vi=xi-（i=1，2，…，n），并按貝塞爾公式算出標(biāo)準(zhǔn)差σ，若某個(gè)測(cè)量值Xb的剩余誤差vb（1≤b≤n）,滿足|vb|=|xb-|＞3σ，則認(rèn)為xb是含有較大誤差值的壞值，應(yīng)予剔除。

1.2 交易量異常檢測(cè)

我們利用拉依達(dá)準(zhǔn)則法剔除異常值的思想來(lái)檢測(cè)異常值，也就是說(shuō)，在正常情況下，數(shù)據(jù)都會(huì)落在±3σ的范圍內(nèi)，如果有數(shù)據(jù)落入在這個(gè)范圍之外，則認(rèn)為小概率事件發(fā)生，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們認(rèn)為小概率事件是不會(huì)發(fā)生，所以把在這個(gè)在范圍之外的數(shù)視為異常值，如果系統(tǒng)檢測(cè)到這樣的數(shù)就進(jìn)行報(bào)錯(cuò)。以下圖為交易量處理異常值之后的數(shù)據(jù)直方圖，由圖1可知，數(shù)據(jù)基本都在正態(tài)分布曲線內(nèi)，此時(shí)均值為597.56，標(biāo)準(zhǔn)差為492.614，由±3σ作為置信區(qū)，可知，正常值的范圍為（-880.282～2075）。

圖1 處理異常值后交易量數(shù)據(jù)直方圖

交易量異常檢測(cè)代碼如下：

圖2 處理異常值后成功率數(shù)據(jù)直方圖

1.3 成功率異常檢測(cè)

對(duì)于成功率的異常檢測(cè)，我們采用的方法和檢測(cè)交易量的方法一樣，圖2為成功率直方圖，其均值為0.947 3，標(biāo)準(zhǔn)差為0.025 6，對(duì)成功率求置信區(qū)間。選取±3σ，只求其下限，不考慮上限，成功率越高越好,在其下限外即判定該交易成功率出現(xiàn)異常。

檢測(cè)代碼如下：

1.4 響應(yīng)時(shí)間異常檢測(cè)

對(duì)于響應(yīng)時(shí)間的異常檢測(cè)，我們采用的方法和檢測(cè)交易量的方法一樣，下圖3為響應(yīng)時(shí)間第一次異常數(shù)據(jù)處理后的直方圖，發(fā)現(xiàn)還有一小小部分在正態(tài)分布曲線之外，于是，我們進(jìn)行了第二次處理[7]。如圖4所示，此時(shí)，其均值為109.51，標(biāo)準(zhǔn)差為23.453，對(duì)響應(yīng)時(shí)間置信區(qū)間。同上選取±3σ，只求其上限，不考慮下限，響應(yīng)時(shí)間越低越好，在其上限外即判定該響應(yīng)時(shí)間出現(xiàn)異常。

圖3 第一次處理異常值后響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)直方圖

圖4 第二次處理異常值后響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)直方圖

1.5 做出報(bào)警

如果僅有交易量異常，給出藍(lán)色警報(bào)；如果是響應(yīng)時(shí)間出現(xiàn)異常，給出黃色報(bào)警；如果是成功率出現(xiàn)異常，給出紅色報(bào)警。

2 進(jìn)一步研究

商業(yè)銀行總行數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)每家分行的匯總統(tǒng)計(jì)信息做數(shù)據(jù)分析，來(lái)捕捉整個(gè)前端和后端整體應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行情況以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?；蚬收蟍8]。因此，對(duì)交易量，成功率和響應(yīng)時(shí)間這三個(gè)量進(jìn)行異常檢測(cè)并給以及時(shí)預(yù)報(bào)和報(bào)警顯得尤為重要，這也為我們后續(xù)研究提供了方向。