Although neural networks are capable of reaching astonishing performances on a wide variety of contexts, properly training networks on complicated tasks requires expertise and can be expensive from a computational perspective. In industrial applications, data coming from an open-world setting might widely differ from the benchmark datasets on which a network was trained. Being able to monitor the presence of such variations without retraining the network is of crucial importance. In this article, we develop a method to monitor trained neural networks based on the topological properties of their activation graphs. To each new observation, we assign a Topological Uncertainty, a score that aims to assess the reliability of the predictions by investigating the whole network instead of its final layer only, as typically done by practitioners. Our approach entirely works at a post-training level and does not require any assumption on the network architecture, optimization scheme, nor the use of data augmentation or auxiliary datasets; and can be faithfully applied on a large range of network architectures and data types. We showcase experimentally the potential of Topological Uncertainty in the context of trained network selection, Out-Of-Distribution detection, and shift-detection, both on synthetic and real datasets of images and graphs.


翻译:虽然神经网络能够在各种各样的环境中达到惊人的性能,但是对复杂任务的适当培训网络需要专门知识,而且从计算角度来说费用昂贵。在工业应用中,开放世界环境中的数据可能与培训网络所依据的基准数据集大不相同。能够监测这种变异的存在而无需再培训网络至关重要。在本篇文章中,我们根据激活图的地形特性,开发一种监测经过培训的神经网络的方法。我们为每一项新观察活动指定了一种地形不确定性,这一分数的目的是通过调查整个网络而不是仅像从业人员通常所做的那样最终层来评估预测的可靠性。我们的方法完全在培训后一级运作,不需要对网络结构、优化计划或使用数据增强或辅助数据集作任何假设;并且可以忠实地应用于大量网络结构和数据类型。我们在经过培训的网络选择、局外分布检测、以及图像和合成和真实数据设置中,实验性地展示了地形不确定性的潜力。

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