The increasing integration of deep neural networks in critical systems has spawned a theoretical and practical interest in formally guaranteeing safety properties about their behavior. To achieve this, contemporary verification algorithms rely on computing linear relaxations for a network's non-linear activation functions. Existing approaches for linear relaxations typically fall into one of two categories: single-neuron relaxation, in which each activation neuron is bounded in terms of its sources; and multi-neuron relaxation, in which linear bounds involving multiple activation neurons and their sources are calculated. However, existing methods might fail to balance tightness and scalability, as single-neuron bounds might not derive sufficiently tight bounds necessary for verification to complete, whereas generating multi-neuron relaxation for all activation neurons is computationally expensive. In this paper, we present a middle-ground approach featuring partial multi-neuron relaxation, in which we generate multi-neuron bounds for only a small, heuristically selected subset of neurons. To achieve this, we build upon existing branching heuristics for selecting neurons and for optimizing bounding hyper-planes for multi-neuron bounds. We integrated our proposed method within the Marabou verifier, and obtained favorable results in comparison to existing bound tightening methods. Our experiments showcase the potential of our technique for neural network verification.


翻译:深度神经网络在关键系统中的日益集成引发了关于其行为形式化安全保证的理论与实践兴趣。为此,当代验证算法依赖于为网络非线性激活函数计算线性松弛。现有线性松弛方法通常分为两类:单神经元松弛(每个激活神经元基于其源变量进行边界约束)和多神经元松弛(计算涉及多个激活神经元及其源变量的线性边界)。然而,现有方法可能难以平衡紧致性与可扩展性——单神经元边界可能无法导出验证所需的足够紧致边界,而为所有激活神经元生成多神经元松弛则计算成本高昂。本文提出一种折中方案,即部分多神经元松弛:仅对通过启发式选择的小规模神经元子集生成多神经元边界。为实现此目标,我们基于现有的分支启发式策略选择神经元,并优化多神经元边界的超平面约束。我们将所提出的方法集成到Marabou验证器中,与现有边界收紧方法相比获得了有利结果。实验表明,我们的技术在神经网络验证中具有潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ETHZ博士论文】神经网络训练与认证,101页pdf
专知会员服务
20+阅读 · 2024年7月28日
【ETHZ博士论文】认证神经网络的表达能力,86页pdf
专知会员服务
20+阅读 · 2024年6月16日
专知会员服务
16+阅读 · 2021年10月11日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
35+阅读 · 2020年4月15日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
从LeNet到SENet——卷积神经网络回顾
AI科技评论
13+阅读 · 2018年2月15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
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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月1日
VIP会员
最新内容
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
专知会员服务
4+阅读 · 今天2:42
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
2+阅读 · 今天1:46
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 8月1日
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
8+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
8+阅读 · 7月31日
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
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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员