Adversarial training (AT) has become an effective defense method against adversarial examples (AEs) and it is typically framed as a bi-level optimization problem. Among various AT methods, fast AT (FAT), which employs a single-step attack strategy to guide the training process, can achieve good robustness against adversarial attacks at a low cost. However, FAT methods suffer from the catastrophic overfitting problem, especially on complex tasks or with large-parameter models. In this work, we propose a FAT method termed FGSM-PCO, which mitigates catastrophic overfitting by averting the collapse of the inner optimization problem in the bi-level optimization process. FGSM-PCO generates current-stage AEs from the historical AEs and incorporates them into the training process using an adaptive mechanism. This mechanism determines an appropriate fusion ratio according to the performance of the AEs on the training model. Coupled with a loss function tailored to the training framework, FGSM-PCO can alleviate catastrophic overfitting and help the recovery of an overfitted model to effective training. We evaluate our algorithm across three models and three datasets to validate its effectiveness. Comparative empirical studies against other FAT algorithms demonstrate that our proposed method effectively addresses unresolved overfitting issues in existing algorithms.


翻译:对抗训练已成为防御对抗样本的有效方法,通常被构建为双层优化问题。在各类对抗训练方法中,快速对抗训练采用单步攻击策略指导训练过程,能以较低成本实现对对抗攻击的良好鲁棒性。然而,快速对抗训练方法存在灾难性过拟合问题,在复杂任务或大参数模型上尤为严重。本文提出一种称为FGSM-PCO的快速对抗训练方法,通过避免双层优化过程中内层优化问题的崩溃来缓解灾难性过拟合。FGSM-PCO从历史对抗样本生成当前阶段的对抗样本,并通过自适应机制将其融入训练过程。该机制根据对抗样本在训练模型上的表现确定合适的融合比例。结合专为该训练框架设计的损失函数,FGSM-PCO能够缓解灾难性过拟合,并帮助过拟合模型恢复有效训练。我们在三个模型和三个数据集上评估了所提算法的有效性。与其他快速对抗训练算法的对比实证研究表明,我们提出的方法能有效解决现有算法中尚未解决的过拟合问题。

0
下载
关闭预览

相关内容

过拟合,在AI领域多指机器学习得到模型太过复杂,导致在训练集上表现很好,然而在测试集上却不尽人意。过拟合(over-fitting)也称为过学习,它的直观表现是算法在训练集上表现好,但在测试集上表现不好,泛化性能差。过拟合是在模型参数拟合过程中由于训练数据包含抽样误差,在训练时复杂的模型将抽样误差也进行了拟合导致的。
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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
Arxiv
34+阅读 · 2022年12月20日
Arxiv
21+阅读 · 2022年11月8日
Arxiv
15+阅读 · 2022年1月24日
VIP会员
最新内容
大语言模型平台在国防情报应用中的对比
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:12
美海军“超配项目”
专知会员服务
2+阅读 · 今天2:13
《美陆军条例:陆军指挥政策(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 4月21日
《军用自主人工智能系统的治理与安全》
专知会员服务
7+阅读 · 4月21日
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
10+阅读 · 4月20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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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