Word-level textual adversarial attacks have achieved striking performance in fooling natural language processing models. However, the fundamental questions of why these attacks are effective, and the intrinsic properties of the adversarial examples (AEs), are still not well understood. This work attempts to interpret textual attacks through the lens of $n$-gram frequency. Specifically, it is revealed that existing word-level attacks exhibit a strong tendency toward generation of examples with $n$-gram frequency descend ($n$-FD). Intuitively, this finding suggests a natural way to improve model robustness by training the model on the $n$-FD examples. To verify this idea, we devise a model-agnostic and gradient-free AE generation approach that relies solely on the $n$-gram frequency information, and further integrate it into the recently proposed convex hull framework for adversarial training. Surprisingly, the resultant method performs quite similarly to the original gradient-based method in terms of model robustness. These findings provide a human-understandable perspective for interpreting word-level textual adversarial attacks, and a new direction to improve model robustness.


翻译:词级文本对抗攻击在欺骗自然语言处理模型方面取得了显著成效。然而,这些攻击为何有效,以及对抗样本的内在属性等基本问题仍未被充分理解。本研究尝试通过n-gram频率的视角来解读文本攻击。具体而言,我们发现现有词级攻击强烈倾向于生成具有n-gram频率下降特征的样本。直观上,这一发现提供了一种自然的方法:通过在n-gram频率下降样本上训练模型来提升鲁棒性。为验证这一思路,我们设计了一种与模型无关且无需梯度的对抗样本生成方法,该方法仅依赖n-gram频率信息,并将其进一步整合到近期提出的凸包框架中进行对抗训练。令人惊讶的是,所得方法在模型鲁棒性方面与原始基于梯度的方法表现高度相似。这些发现为解释词级文本对抗攻击提供了人类可理解的视角,并为提升模型鲁棒性指明了新方向。

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