Uncertainty quantification of neural networks is critical to measuring the reliability and robustness of deep learning systems. However, this often involves costly or inaccurate sampling methods and approximations. This paper presents a sample-free moment propagation technique that propagates mean vectors and covariance matrices across a network to accurately characterize the input-output distributions of neural networks. A key enabler of our technique is an analytic solution for the covariance of random variables passed through nonlinear activation functions, such as Heaviside, ReLU, and GELU. The wide applicability and merits of the proposed technique are shown in experiments analyzing the input-output distributions of trained neural networks and training Bayesian neural networks.


翻译:神经网络的不确定性量化对于衡量深度学习系统的可靠性和鲁棒性至关重要。然而,这通常涉及代价高昂或精度有限的采样方法与近似处理。本文提出一种免采样的矩传播技术,通过在全网络范围内传播均值向量和协方差矩阵,精确刻画神经网络的输入-输出分布。该技术的核心突破在于:为经过非线性激活函数(如Heaviside、ReLU和GELU)的随机变量协方差推导出解析解。通过在分析已训练神经网络输入-输出分布及训练贝叶斯神经网络等实验中的验证,我们展示了该技术的广泛适用性与显著优势。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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