Recurrent Neural Networks (RNNs) have achieved tremendous success in processing sequential data, yet understanding and analyzing their behaviours remains a significant challenge. To this end, many efforts have been made to extract finite automata from RNNs, which are more amenable for analysis and explanation. However, existing approaches like exact learning and compositional approaches for model extraction have limitations in either scalability or precision. In this paper, we propose a novel framework of Weighted Finite Automata (WFA) extraction and explanation to tackle the limitations for natural language tasks. First, to address the transition sparsity and context loss problems we identified in WFA extraction for natural language tasks, we propose an empirical method to complement missing rules in the transition diagram, and adjust transition matrices to enhance the context-awareness of the WFA. We also propose two data augmentation tactics to track more dynamic behaviours of RNN, which further allows us to improve the extraction precision. Based on the extracted model, we propose an explanation method for RNNs including a word embedding method -- Transition Matrix Embeddings (TME) and TME-based task oriented explanation for the target RNN. Our evaluation demonstrates the advantage of our method in extraction precision than existing approaches, and the effectiveness of TME-based explanation method in applications to pretraining and adversarial example generation.


翻译:递归神经网络在处理序列数据方面取得了巨大成功,但理解和分析其行为仍是一个重大挑战。为此,许多研究致力于从递归神经网络中提取有限自动机,因为后者更便于分析和解释。然而,现有的精确学习方法和组合式模型提取方法在可扩展性或精度方面存在局限性。本文提出了一种新的加权有限自动机提取与解释框架,以解决自然语言任务中的这些局限性。首先,针对我们在自然语言任务的加权有限自动机提取中发现的转移稀疏性和上下文丢失问题,提出了一种经验方法来补充转移图中的缺失规则,并调整转移矩阵以增强加权有限自动机的上下文感知能力。我们还提出了两种数据增强策略,用于追踪递归神经网络更动态的行为,从而进一步提高提取精度。基于提取的模型,我们提出了一种递归神经网络解释方法,包括词嵌入方法——转移矩阵嵌入,以及基于转移矩阵嵌入的面向目标的任务解释。实验评估表明,我们的方法在提取精度上优于现有方法,并且基于转移矩阵嵌入的解释方法在预训练和对抗样本生成等应用中具有有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

循环神经网络(RNN)是一类人工神经网络,其中节点之间的连接沿时间序列形成有向图。 这使其表现出时间动态行为。 RNN源自前馈神经网络,可以使用其内部状态(内存)来处理可变长度的输入序列。这使得它们适用于诸如未分段的,连接的手写识别或语音识别之类的任务。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+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
【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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
2+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
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
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
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
2+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
2+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
3+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
3+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
4+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
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
2+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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员