Automatic detection of fraudulent behavior in networks using graph learning

Abstract

Redes Neurais baseadas em Grafos (GNNs) são modelos recentes criados para o aprendizado de representações de nós (e de grafos), que alcançaram resultados promissores na detecção de padrões que ocorrem em dados de larga escala que relacionam diferentes entidades. Dentre esses padrões, fraudes financeiras se destacam por sua relevância socioeconômica e por apresentarem desafios particulares, tais como o desbalanceamento extremo entre as classes positivas (fraudes) e negativas (transações legítimas), e o desvio de conceito (i.e., propriedades estatísticas dos dados mudam ao longo do tempo). Como as GNNs são baseadas em propagação de mensagem, a representação de um nó acaba sendo muito impactada pelos seus vizinhos e pelos hubs da rede, amplificando os efeitos do desbalanceamento. Pesquisas recentes tentam adaptar estratégias de subamostragem e sobreamostragem para GNNs a fim de mitigar esse efeito sem, contudo, considerar o desvio de conceito. Neste trabalho, realizamos uma série de experimentos para avaliar técnicas existentes de detecção de fraudes em rede, considerando os dois desafios anteriores. Para isso, utilizamos conjuntos de dados reais, complementados por dados sintéticos criados a partir de uma nova metodologia introduzida aqui. Também propomos um novo framework de modelo denominado GMU-GNN, que realiza a sobre-amostragem dos nós do grafo pertencentes à classe minoritária de forma a melhorar a representatividade e expressividade no espaço latente de características interpretado pelo modelo de classificação de nós. Em novos experimentos realizados com 5 datasets, o GMU-GNN obteve um desempenho superior aos demais modelos tidos atualmente como estado-da-arte sob esses mesmos contextos e propósitos do problema aqui abordado.