Conformal prediction (CP) is a framework to quantify uncertainty of machine learning classifiers including deep neural networks. Given a testing example and a trained classifier, CP produces a prediction set of candidate labels with a user-specified coverage (i.e., true class label is contained with high probability). Almost all the existing work on CP assumes clean testing data and there is not much known about the robustness of CP algorithms w.r.t natural/adversarial perturbations to testing examples. This paper studies the problem of probabilistically robust conformal prediction (PRCP) which ensures robustness to most perturbations around clean input examples. PRCP generalizes the standard CP (cannot handle perturbations) and adversarially robust CP (ensures robustness w.r.t worst-case perturbations) to achieve better trade-offs between nominal performance and robustness. We propose a novel adaptive PRCP (aPRCP) algorithm to achieve probabilistically robust coverage. The key idea behind aPRCP is to determine two parallel thresholds, one for data samples and another one for the perturbations on data (aka "quantile-of-quantile" design). We provide theoretical analysis to show that aPRCP algorithm achieves robust coverage. Our experiments on CIFAR-10, CIFAR-100, and ImageNet datasets using deep neural networks demonstrate that aPRCP achieves better trade-offs than state-of-the-art CP and adversarially robust CP algorithms.


翻译:共形预测(CP)是一种量化机器学习分类器(包括深度神经网络)不确定性的框架。给定一个测试样本和训练好的分类器,CP 生成包含候选标签的预测集,并具有用户指定的覆盖度(即真实类别标签以高概率被包含)。现有关于 CP 的工作几乎都假设测试数据是干净的,关于 CP 算法对测试样本的自然/对抗扰动的鲁棒性鲜有研究。本文研究概率鲁棒共形预测(PRCP)问题,该问题确保对干净输入样本周围的大多数扰动具有鲁棒性。PRCP 推广了标准 CP(无法处理扰动)和对抗鲁棒 CP(确保对最坏情况扰动具有鲁棒性),以实现在名义性能和鲁棒性之间更好的权衡。我们提出了一种新颖的自适应 PRCP(aPRCP)算法来实现概率鲁棒覆盖。aPRCP 的关键思想是确定两个并行阈值,一个用于数据样本,另一个用于数据上的扰动(即“分位数中的分位数”设计)。我们提供了理论分析,证明 aPRCP 算法能够实现鲁棒覆盖。我们在 CIFAR-10、CIFAR-100 和 ImageNet 数据集上使用深度神经网络进行的实验表明,aPRCP 比最先进的 CP 和对抗鲁棒 CP 算法实现了更好的权衡。

0
下载
关闭预览

相关内容

IJCAI2022《对抗序列决策》教程,164页ppt
专知会员服务
47+阅读 · 2022年7月27日
专知会员服务
134+阅读 · 2021年6月18日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
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
【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
知识图谱最新研究综述
深度学习自然语言处理
45+阅读 · 2020年6月14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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
0+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月15日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
VIP会员
最新内容
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
0+阅读 · 26分钟前
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
相关资讯
知识图谱最新研究综述
深度学习自然语言处理
45+阅读 · 2020年6月14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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
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
0+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员