Echo — объяснимые аномалии во временных рядах через Matrix Profile

Единственный проект в этой серии, который меняет не только масштаб, а домен и математический аппарат. Вместо дискретных символьных систем (git, файлы, политики) — непрерывные сигналы: показания датчиков, метрики серверов, биометрика, финансовые ряды.

Почему Matrix Profile, а не просто "порог + z-score"

Наивное обнаружение аномалий ("если значение выше среднего на 3σ — тревога") не объясняет почему что-то аномально и плохо работает с формой сигнала — пропускает "структурные" аномалии (например, правильные значения, но не в то время суток). Matrix Profile для каждого фрагмента сигнала находит его ближайшего двойника во всей остальной истории. Нет хорошего двойника — аномалия, и вот её конкретное объяснение: "вот с чем я тебя сравнивал, и даже это не похоже".

Related MCP server: timeseries-mcp

Демонстрация на реалистичных данных

240 часов (10 дней) почасовых показаний датчика температуры с естественным суточным циклом. В часы 120–131 датчик "застревает" на 23°C, не падая ночью, как во все остальные дни.

ANOMALIES (discords):
  Subsequence at [100:124] doesn't resemble anything else in the series
  (distance=4.77). ...
  Subsequence at [124:148] doesn't resemble anything else (distance=2.05).

RECURRING PATTERNS (motifs):
  Subsequence at [0:24] closely repeats the pattern at index 24
  (distance=0.00, near-zero means an almost exact shape match).

Обе найденные аномалии точно накрывают внедрённый диапазон 120–131 — подтверждено golden-тестом. При top_k=3 отчёт всё равно возвращает только две: нулевые distance после дедупликации — это мотивы, не аномалии, и top_discords их не подмешивает. Мотивы находят точные суточные циклы (окна на границах дней) — корректный фон нормальности.

Ключевая деталь алгоритма: exclusion zone

Без неё у каждого фрагмента "ближайшим соседом" тривиально оказался бы он сам или соседнее перекрывающееся окно (расстояние ~0), и весь профиль был бы бессмысленным. Exclusion zone (половина длины окна вокруг каждой точки) — это не оптимизация, а требование корректности из оригинальной статьи (Yeh et al., 2016). Проверено отдельным тестом, что при её отсутствии все "ближайшие соседи" оказались бы тривиально рядом.

Реальная находка в процессе разработки: дедупликация top-k

При первом запуске top-3 "самых аномальных" фрагментов оказались тремя соседними окнами, покрывающими одну и ту же аномалию — технически корректно, но бесполезно. Решение: top_discords пропускает кандидатов ближе subsequence_length к уже выбранным и останавливается на distance≈0.

Архитектура (Clean Architecture по Мартину)

src/echo/
├── entities/
│   ├── time_series.py      # z-normalize, distance, finite checks
│   ├── matrix_profile.py   # алгоритм + exclusion zone
│   └── findings.py         # Discord/Motif, top-k, preview
├── use_cases/
│   └── analyze_time_series.py
├── interfaces/
│   └── ports.py            # SeriesLoader
├── infrastructure/
│   └── csv_series_loader.py
└── presentation/
    ├── composition_root.py
    ├── formatting.py
    └── mcp_server.py

Алгоритм — brute-force O(n²m), осознанно: корректность важнее скорости для типичных объёмов (сотни–тысячи точек). MASS/FFT не реализован — задокументированное ограничение.

Установка

pip install -e ".[dev]"

Подключение к Cursor / Claude Desktop

Как у остальных серверов серии (надёжнее, чем echo-mcp вне PATH):

{
  "mcpServers": {
    "echo": {
      "command": "C:\\Python314\\python.exe",
      "args": ["-m", "echo.presentation.mcp_server"]
    }
  }
}

MCP Tools

Вход отвергает NaN/Inf, пустой CSV, top_k < 1 и неверную длину окна.

Тесты

.\make.ps1

Стена Мартина: black, ruff, mypy, pytest --cov≥90, лимиты функций. Golden stuck-sensor, hypothesis-свойства distance/exclusion zone, дедупликация top-k без фейковых аномалий, MCP-tools.

Лицензия

MIT