Die Erkennung von Finanzbetrug ist durch extremes Klassenungleichgewicht geprägt: Betrügerische Transaktionen machen in hochvolumigen Zahlungsströmen typischerweise weniger als $2\%$ aus. Herkömmliche Oversampling-Methoden wie SMOTE verzerren komplexe multimodale Verteilungen über gemischte kontinuierliche und kategoriale Merkmale.

Dieses Projekt implementiert ein reproduzierbares Deep Active Learning-Framework, evaluiert auf dem anerkannten IEEE-CIS Fraud Detection-Benchmarkdatensatz.


Architektur und Pipeline

flowchart LR Raw[Ungleichgewichtete Tabellendaten] --> GAN[Conditional WGAN-GP] GAN --> Synthetic[Synthetischer Betrugspool] Synthetic --> RL[PPO Reinforcement Learning Agent] RL -->|Belohnung: Delta AUC-PR| Decision{Auswahl / Verwerfung} Decision --> Balanced[Optimierter Trainingsdatensatz] Balanced --> XGB[XGBoost Klassifikator]

1. Conditional WGAN-GP (Synthesizer)

  • Nutzt ein Wasserstein GAN mit Gradient Penalty (WGAN-GP) zur Gewährleistung der 1-Lipschitz-Stetigkeit und zur Vermeidung von Mode Collapse auf Tabellendaten.
  • Verarbeitet kategoriale Variablen über temperaturangepasstes Gumbel-Softmax, was einen stabilen Gradientenfluss durch den Diskriminator ermöglicht.

2. Stichprobenfilterung via Reinforcement Learning (PPO)

  • Anstelle einer unbedachten Übernahme aller synthetischen Stichproben bewertet ein Proximal Policy Optimization (PPO)-Agent jeden Batch sequentiell.
  • Eine maßgeschneiderte Gymnasium-Umgebung belohnt den Agenten basierend auf dem marginalen Performancegewinn:
$$ R_t = \text{AUC-PR}(\mathcal{D}_{\text{base}} \cup \mathcal{S}_{\text{selected}}) - \text{AUC-PR}(\mathcal{D}_{\text{base}}) $$
  • Das neuronale Netz lernt, Out-of-Distribution-Artefakte und Grenzrauschen zuverlässig zu verwerfen.

3. Gradient-Boosted-Klassifikator (XGBoost)

  • Dient als primäre Klassifikationsengine aufgrund seiner erwiesenen Robustheit gegenüber zeitlichem Concept Drift in Transaktionsströmen.

Benchmark-Ergebnisse (Temporaler Holdout-Test)

Evaluiert unter strikter chronologischer Trennung (Training: Monate 1–5, Test: Monat 6):

Pipelinestrategien_trainn_fraud (train)AUC-PRAUC-ROCF1-ScoreRecall @ FPR=0.1%
Nur XGBoost (Baseline)500,07114,6150.58340.89120.53170.6234
SMOTE Oversampling971,541486,0850.61120.89580.55890.6501
Nur WGAN-GP614,615128,9590.63890.90210.58720.6743
WGAN-GP + RL-Filter534,26148,6050.67210.90870.61430.7089

Quellcode & Experimente auf GitHub ansehen