Quadratic constraints (QCs) are widely used to characterize nonlinearities and uncertainties, but generic analytical characterizations can be conservative on bounded domains. This paper develops a framework for constructing verified quadratic characterizations of scalar relations in the two-dimensional real plane. Candidate quadratic inequalities are locally generated by solving convex quadratic programs using samples from the relation and exterior sample points. They are then verified globally using sum-of-squares certificates over an exact semialgebraic description or, in the case of nonpolynomial relations, over relaxed polynomial descriptions. The resulting verified constraints define a sound overapproximation of the scalar relations over the considered domains. These constraints are directly compatible with existing analysis frameworks based on QCs and pointwise integral quadratic constraints (IQCs) for static nonlinearities and uncertainties, and they can also be embedded in QC-based semidefinite programs for reachability and safety analysis of feedforward neural networks. For smooth activations such as $\tanh$, the method yields domain-dependent quadratic characterizations that constitute an alternative to generic sector- or slope-based descriptions. For ReLU networks, we give methods to reduce conservatism in QC-based reachability analysis of feedforward networks by exploiting dependencies between neurons and tighter local bounds. Numerical examples demonstrate improved reachability results for smooth activations, reduced conservatism for ReLU networks, and applicability beyond neural networks through an example involving saturation.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31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 · 2014年12月31日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
VIP会员
相关主题
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31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 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员