Deep equilibrium (DEQ) models have emerged as a promising class of implicit layer models in deep learning, which abandon traditional depth by solving for the fixed points of a single nonlinear layer. Despite their success, the stability of the fixed points for these models remains poorly understood. Recently, Lyapunov theory has been applied to Neural ODEs, another type of implicit layer model, to confer adversarial robustness. By considering DEQ models as nonlinear dynamic systems, we propose a robust DEQ model named LyaDEQ with guaranteed provable stability via Lyapunov theory. The crux of our method is ensuring the fixed points of the DEQ models are Lyapunov stable, which enables the LyaDEQ models to resist the minor initial perturbations. To avoid poor adversarial defense due to Lyapunov-stable fixed points being located near each other, we add an orthogonal fully connected layer after the Lyapunov stability module to separate different fixed points. We evaluate LyaDEQ models on several widely used datasets under well-known adversarial attacks, and experimental results demonstrate significant improvement in robustness. Furthermore, we show that the LyaDEQ model can be combined with other defense methods, such as adversarial training, to achieve even better adversarial robustness.


翻译:深度均衡(DEQ)模型已成为深度学习中有前景的一类隐式层模型,这类模型通过求解单个非线性层的固定点来摒弃传统深度。尽管DEQ模型取得了成功,但其固定点的稳定性仍缺乏深入理解。近期,李雅普诺夫理论被应用于另一类隐式层模型——神经常微分方程,以赋予其对抗鲁棒性。通过将DEQ模型视为非线性动态系统,我们提出了一种名为LyaDEQ的鲁棒DEQ模型,借助李雅普诺夫理论实现可证明的稳定性保证。该方法的核心在于确保DEQ模型的固定点具有李雅普诺夫稳定性,从而使LyaDEQ模型能够抵抗微小的初始扰动。为避免因李雅普诺夫稳定固定点彼此邻近而导致对抗防御性能不佳,我们在李雅普诺夫稳定性模块之后添加一个正交全连接层以分离不同固定点。我们在多个广泛使用的数据集上,针对已知对抗攻击评估了LyaDEQ模型,实验结果表明鲁棒性显著提升。此外,我们证明LyaDEQ模型可与其他防御方法(如对抗训练)相结合,以实现更优的对抗鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年10月31日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
51+阅读 · 2019年10月11日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
1+阅读 · 2023年6月8日
Arxiv
13+阅读 · 2021年10月9日
Arxiv
24+阅读 · 2021年1月25日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
A Survey on Deep Transfer Learning
Arxiv
11+阅读 · 2018年8月6日
VIP会员
最新内容
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年10月31日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
51+阅读 · 2019年10月11日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
相关论文
Arxiv
1+阅读 · 2023年6月8日
Arxiv
13+阅读 · 2021年10月9日
Arxiv
24+阅读 · 2021年1月25日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
A Survey on Deep Transfer Learning
Arxiv
11+阅读 · 2018年8月6日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员