Learning-based methods provide a promising approach to solving highly non-linear control tasks that are often challenging for classical control methods. To ensure the satisfaction of a safety property, learning-based methods jointly learn a control policy together with a certificate function for the property. Popular examples include barrier functions for safety and Lyapunov functions for asymptotic stability. While there has been significant progress on learning-based control with certificate functions in the white-box setting, where the correctness of the certificate function can be formally verified, there has been little work on ensuring their reliability in the black-box setting where the system dynamics are unknown. In this work, we consider the problems of certifying and repairing neural network control policies and certificate functions in the black-box setting. We propose a novel framework that utilizes runtime monitoring to detect system behaviors that violate the property of interest under some initially trained neural network policy and certificate. These violating behaviors are used to extract new training data, that is used to re-train the neural network policy and the certificate function and to ultimately repair them. We demonstrate the effectiveness of our approach empirically by using it to repair and to boost the safety rate of neural network policies learned by a state-of-the-art method for learning-based control on two autonomous system control tasks.


翻译:基于学习的方法为解决高度非线性控制任务提供了一种前景广阔的途径,这类任务对经典控制方法而言往往具有挑战性。为确保满足安全性要求,基于学习的方法会联合学习控制策略以及该性质对应的证书函数。常见的例子包括用于安全性的屏障函数和用于渐近稳定性的李雅普诺夫函数。尽管在白盒设置下(即证书函数的正确性可被形式化验证)基于学习的控制与证书函数研究已取得显著进展,但在黑盒设置下(即系统动态未知)确保其可靠性的工作却鲜有开展。在本工作中,我们研究了黑盒设置下神经网络控制策略与证书函数的验证与修复问题。我们提出了一种新颖框架,该框架利用运行时监控来检测在初始训练的神经网络策略及证书下违反目标性质的系统行为。这些违规行为被用于提取新的训练数据,进而重新训练神经网络策略与证书函数,最终实现修复。我们通过将所提方法应用于两个自主系统控制任务,对通过当前最先进的基于学习控制方法所获得的神经网络策略进行修复并提升其安全率,实证验证了本方法的有效性。

1
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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
2+阅读 · 2017年12月31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
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
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
5+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
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
相关资讯
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
2+阅读 · 2017年12月31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
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
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
5+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