We present a novel approach to efficiently compute tight non-convex enclosures of the image through neural networks with ReLU, sigmoid, or hyperbolic tangent activation functions. In particular, we abstract the input-output relation of each neuron by a polynomial approximation, which is evaluated in a set-based manner using polynomial zonotopes. While our approach can also can be beneficial for open-loop neural network verification, our main application is reachability analysis of neural network controlled systems, where polynomial zonotopes are able to capture the non-convexity caused by the neural network as well as the system dynamics. This results in a superior performance compared to other methods, as we demonstrate on various benchmarks.


翻译:我们提出了一种新颖方法,能够高效计算具有 ReLU、Sigmoid 或双曲正切激活函数的神经网络的图像紧致非凸包络。具体而言,我们通过多项式逼近抽象每个神经元的输入-输出关系,并利用多项式 zonotope 以集合形式对其进行求值。尽管我们的方法同样有利于开环神经网络验证,但其主要应用场景为神经网络控制系统的可达性分析——多项式 zonotope 能够同时捕获由神经网络与系统动力学导致的非凸特性。我们在多种基准测试中证明,与其他方法相比,该方法展现了更优的性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

【硬核书】稀疏多项式优化:理论与实践,220页pdf
专知会员服务
73+阅读 · 2022年9月30日
图时卷积神经网络:架构与理论分析
专知会员服务
25+阅读 · 2022年7月3日
【干货书】深度学习数学:理解神经网络,347页pdf
专知会员服务
267+阅读 · 2022年7月3日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
深度卷积神经网络中的降采样
极市平台
12+阅读 · 2019年5月24日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】全卷积语义分割综述
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年8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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
39+阅读 · 2021年11月11日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Arxiv
16+阅读 · 2020年5月20日
Meta-Learning with Implicit Gradients
Arxiv
13+阅读 · 2019年9月10日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
VIP会员
最新内容
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
2+阅读 · 今天11:43
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
7+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
相关论文
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
39+阅读 · 2021年11月11日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Arxiv
16+阅读 · 2020年5月20日
Meta-Learning with Implicit Gradients
Arxiv
13+阅读 · 2019年9月10日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员