We propose a systematic analysis of deep neural networks (DNNs) based on a signal processing technique for network parameter removal, in the form of synaptic filters that identifies the fragility, robustness and antifragility characteristics of DNN parameters. Our proposed analysis investigates if the DNN performance is impacted negatively, invariantly, or positively on both clean and adversarially perturbed test datasets when the DNN undergoes synaptic filtering. We define three \textit{filtering scores} for quantifying the fragility, robustness and antifragility characteristics of DNN parameters based on the performances for (i) clean dataset, (ii) adversarial dataset, and (iii) the difference in performances of clean and adversarial datasets. We validate the proposed systematic analysis on ResNet-18, ResNet-50, SqueezeNet-v1.1 and ShuffleNet V2 x1.0 network architectures for MNIST, CIFAR10 and Tiny ImageNet datasets. The filtering scores, for a given network architecture, identify network parameters that are invariant in characteristics across different datasets over learning epochs. Vice-versa, for a given dataset, the filtering scores identify the parameters that are invariant in characteristics across different network architectures. We show that our synaptic filtering method improves the test accuracy of ResNet and ShuffleNet models on adversarial datasets when only the robust and antifragile parameters are selectively retrained at any given epoch, thus demonstrating applications of the proposed strategy in improving model robustness.


翻译:我们提出基于信号处理技术的网络参数移除方法,即突触滤波器,对深度神经网络(DNN)进行系统性分析,以识别DNN参数的脆弱性、鲁棒性与反脆弱性特征。本研究通过突触滤波处理,考察DNN在干净测试集与对抗扰动测试集上的性能是否呈现负向影响、保持不变或正向提升。我们定义了三种用于量化DNN参数特性的滤波分数:基于(1)干净数据集性能、(2)对抗数据集性能及(3)两者性能差异,分别对应脆弱性、鲁棒性与反脆弱性指标。在MNIST、CIFAR10与Tiny ImageNet数据集上,针对ResNet-18、ResNet-50、SqueezeNet-v1.1及ShuffleNet V2 x1.0网络架构进行了系统性分析验证。实验表明,对于特定网络架构,滤波分数能识别出跨不同训练周期与数据集呈现特性不变性的网络参数;反之,对于特定数据集,滤波分数可识别出跨不同网络架构保持特性不变性的参数。我们证明,当仅对鲁棒性与反脆弱性参数进行选择性重训练时,所提出的突触滤波方法能有效提升ResNet与ShuffleNet模型在对抗数据集上的测试准确率,从而展示该策略在增强模型鲁棒性方面的应用价值。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
A Survey on Data-Centric Recommender Systems
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月2日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月2日
Arxiv
49+阅读 · 2020年12月16日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:06
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
相关资讯
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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员