Deep hashing has been intensively studied and successfully applied in large-scale image retrieval systems due to its efficiency and effectiveness. Recent studies have recognized that the existence of adversarial examples poses a security threat to deep hashing models, that is, adversarial vulnerability. Notably, it is challenging to efficiently distill reliable semantic representatives for deep hashing to guide adversarial learning, and thereby it hinders the enhancement of adversarial robustness of deep hashing-based retrieval models. Moreover, current researches on adversarial training for deep hashing are hard to be formalized into a unified minimax structure. In this paper, we explore Semantic-Aware Adversarial Training (SAAT) for improving the adversarial robustness of deep hashing models. Specifically, we conceive a discriminative mainstay features learning (DMFL) scheme to construct semantic representatives for guiding adversarial learning in deep hashing. Particularly, our DMFL with the strict theoretical guarantee is adaptively optimized in a discriminative learning manner, where both discriminative and semantic properties are jointly considered. Moreover, adversarial examples are fabricated by maximizing the Hamming distance between the hash codes of adversarial samples and mainstay features, the efficacy of which is validated in the adversarial attack trials. Further, we, for the first time, formulate the formalized adversarial training of deep hashing into a unified minimax optimization under the guidance of the generated mainstay codes. Extensive experiments on benchmark datasets show superb attack performance against the state-of-the-art algorithms, meanwhile, the proposed adversarial training can effectively eliminate adversarial perturbations for trustworthy deep hashing-based retrieval. Our code is available at https://github.com/xandery-geek/SAAT.


翻译:深度哈希因其高效性和有效性而被广泛研究并成功应用于大规模图像检索系统。近期研究认识到对抗样本的存在对深度哈希模型构成了安全威胁,即对抗脆弱性。值得注意的是,高效提取可靠的语义表征以指导深度哈希的对抗学习具有挑战性,这阻碍了基于深度哈希的检索模型对抗鲁棒性的提升。此外,当前针对深度哈希的对抗训练研究难以形式化为统一的极小极大结构。本文探索语义感知对抗训练(SAAT)以提升深度哈希模型的对抗鲁棒性。具体而言,我们提出了一种判别性主干特征学习(DMFL)方案,为深度哈希中的对抗学习构建语义表征指导。特别地,我们具有严格理论保证的DMFL以判别性学习方式自适应优化,其中同时兼顾了判别性与语义特性。此外,通过最大化对抗样本哈希码与主干特征之间的汉明距离来生成对抗样本,其有效性在对抗攻击实验中得到了验证。进一步,我们首次在生成的主干编码指导下,将形式化的深度哈希对抗训练表述为统一的极小极大优化问题。在基准数据集上的大量实验表明,所提方法对现有先进算法具有卓越的攻击性能,同时,所提出的对抗训练能有效消除对抗扰动,实现可信赖的基于深度哈希的检索。代码公开于https://github.com/xandery-geek/SAAT。

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
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
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
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+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
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
Adversarial Mutual Information for Text Generation
Arxiv
13+阅读 · 2020年6月30日
Arxiv
19+阅读 · 2018年5月17日
VIP会员
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
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
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+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
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