While it has long been empirically observed that adversarial robustness may be at odds with standard accuracy and may have further disparate impacts on different classes, it remains an open question to what extent such observations hold and how the class imbalance plays a role within. In this paper, we attempt to understand this question of accuracy disparity by taking a closer look at linear classifiers under a Gaussian mixture model. We decompose the impact of adversarial robustness into two parts: an inherent effect that will degrade the standard accuracy on all classes due to the robustness constraint, and the other caused by the class imbalance ratio, which will increase the accuracy disparity compared to standard training. Furthermore, we also show that such effects extend beyond the Gaussian mixture model, by generalizing our data model to the general family of stable distributions. More specifically, we demonstrate that while the constraint of adversarial robustness consistently degrades the standard accuracy in the balanced class setting, the class imbalance ratio plays a fundamentally different role in accuracy disparity compared to the Gaussian case, due to the heavy tail of the stable distribution. We additionally perform experiments on both synthetic and real-world datasets to corroborate our theoretical findings. Our empirical results also suggest that the implications may extend to nonlinear models over real-world datasets. Our code is publicly available on GitHub at https://github.com/Accuracy-Disparity/AT-on-AD.


翻译:尽管长期以来经验观察表明,对抗鲁棒性可能与标准准确性存在矛盾,并可能对不同类别产生进一步的差异化影响,但此类观察结论在多大程度上成立、以及类别不平衡在其中扮演何种角色,仍是悬而未决的问题。本文通过深入分析高斯混合模型下的线性分类器,试图理解这一准确性差异问题。我们将对抗鲁棒性的影响分解为两部分:一是固有效应,即由于鲁棒性约束导致所有类别的标准准确性下降;二是由类别不平衡比例引起的效应,相较于标准训练,该效应将加剧准确性差异。此外,通过将数据模型推广至稳定分布族,我们进一步证明此类影响并不仅限于高斯混合模型。具体而言,我们证明:虽然平衡类别设置下对抗鲁棒性的约束会持续降低标准准确性,但由于稳定分布的重尾特性,类别不平衡比例在准确性差异中扮演的角色与高斯情形存在根本性不同。我们还在合成数据集和真实数据集上进行了实验,以验证理论发现。实证结果同时表明,这些结论可能推广至真实数据集上的非线性模型。我们的代码已在GitHub上公开,地址为:https://github.com/Accuracy-Disparity/AT-on-AD。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习系统设计系统评估标准
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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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
1+阅读 · 2013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
1+阅读 · 2011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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
Generative Adversarial Networks: A Survey and Taxonomy
Adversarial Transfer Learning
Arxiv
12+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
0+阅读 · 今天16:06
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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
1+阅读 · 2013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
1+阅读 · 2011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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员