Deep Learning (DL) is a class of machine learning algorithms that are used in a wide variety of applications. Like any software system, DL programs can have bugs. To support bug localization in DL programs, several tools have been proposed in the past. As most of the bugs that occur due to improper model structure known as structural bugs lead to inadequate performance during training, it is challenging for developers to identify the root cause and address these bugs. To support bug detection and localization in DL programs, in this paper, we propose Theia, which detects and localizes structural bugs in DL programs. Unlike the previous works, Theia considers the training dataset characteristics to automatically detect bugs in DL programs developed using two deep learning libraries, Keras and PyTorch. Since training the DL models is a time-consuming process, Theia detects these bugs at the beginning of the training process and alerts the developer with informative messages containing the bug's location and actionable fixes which will help them to improve the structure of the model. We evaluated Theia on a benchmark of 40 real-world buggy DL programs obtained from Stack Overflow. Our results show that Theia successfully localizes 57/75 structural bugs in 40 buggy programs, whereas NeuraLint, a state-of-the-art approach capable of localizing structural bugs before training localizes 17/75 bugs.


翻译:深度学习(DL)是一类广泛应用于多种场景的机器学习算法。与任何软件系统一样,深度学习程序也可能存在缺陷。为支持深度学习程序中的缺陷定位,过去已提出多种工具。由于大多数由不当模型结构(称为结构缺陷)引起的错误会导致训练期间性能不足,开发者难以识别根本原因并修复这些缺陷。为支持深度学习程序中的缺陷检测与定位,本文提出 Theia,该系统能够检测并定位深度学习程序中的结构缺陷。与先前工作不同,Theia 通过考虑训练数据集特征,自动检测使用 Keras 和 PyTorch 两种深度学习库开发的程序中的缺陷。由于训练深度学习模型耗时较长,Theia 在训练过程初期即检测这些缺陷,并通过包含缺陷位置及可操作修复建议的信息提示开发者,从而帮助其改进模型结构。我们在包含 40 个源自 Stack Overflow 的真实缺陷程序基准集上评估了 Theia。实验结果表明,Theia 在 40 个缺陷程序中成功定位了 57/75 个结构缺陷,而当前最先进的、能够在训练前定位结构缺陷的方法 NeuraLint 仅定位了 17/75 个缺陷。

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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
3+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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Anomalous Instance Detection in Deep Learning: A Survey
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
3+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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员