Having reliable specifications is an unavoidable challenge in achieving verifiable correctness, robustness, and interpretability of AI systems. Existing specifications for neural networks are in the paradigm of data as specification. That is, the local neighborhood centering around a reference input is considered to be correct (or robust). While existing specifications contribute to verifying adversarial robustness, a significant problem in many research domains, our empirical study shows that those verified regions are somewhat tight, and thus fail to allow verification of test set inputs, making them impractical for some real-world applications. To this end, we propose a new family of specifications called neural representation as specification, which uses the intrinsic information of neural networks - neural activation patterns (NAPs), rather than input data to specify the correctness and/or robustness of neural network predictions. We present a simple statistical approach to mining neural activation patterns. To show the effectiveness of discovered NAPs, we formally verify several important properties, such as various types of misclassifications will never happen for a given NAP, and there is no ambiguity between different NAPs. We show that by using NAP, we can verify a significant region of the input space, while still recalling 84% of the data on MNIST. Moreover, we can push the verifiable bound to 10 times larger on the CIFAR10 benchmark. Thus, we argue that NAPs can potentially be used as a more reliable and extensible specification for neural network verification.


翻译:拥有可靠的规范是实现AI系统可验证的正确性、鲁棒性和可解释性中不可避免的挑战。现有的神经网络规范遵循“数据即规范”的范式,即围绕参考输入的局部邻域被视为正确(或鲁棒)。尽管现有规范有助于验证对抗鲁棒性(这在许多研究领域是一个重要问题),但我们的实证研究表明,这些验证区域相对狭窄,导致无法验证测试集输入,使其在某些实际应用中不切实际。为此,我们提出了一类新的规范,称为“神经表征即规范”,它利用神经网络的固有信息——神经激活模式(NAPs),而非输入数据来指定神经网络预测的正确性和/或鲁棒性。我们提出了一种简单的统计方法来挖掘神经激活模式。为展示发现的NAPs的有效性,我们正式验证了几项重要属性,例如给定NAP下不会发生多种类型的误分类,且不同NAPs之间不存在歧义。我们证明,通过使用NAP,可以验证输入空间的显著区域,同时在MNIST上仍能召回84%的数据。此外,在CIFAR10基准测试上,我们可将可验证边界推大至10倍。因此,我们认为NAPs有潜力成为神经网络验证中更可靠、更可扩展的规范。

0
下载
关闭预览

相关内容

【Google AI】鲁棒图神经网络,Robust Graph Neural Networks
专知会员服务
38+阅读 · 2022年3月9日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
35+阅读 · 2020年4月15日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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
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
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月9日
VIP会员
最新内容
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
专知会员服务
4+阅读 · 今天2:42
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
2+阅读 · 今天1:46
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 8月1日
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
8+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
8+阅读 · 7月31日
相关VIP内容
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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
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
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员