Many future technologies rely on neural networks, but verifying the correctness of their behavior remains a major challenge. It is known that neural networks can be fragile in the presence of even small input perturbations, yielding unpredictable outputs. The verification of neural networks is therefore vital to their adoption, and a number of approaches have been proposed in recent years. In this paper we focus on semidefinite programming (SDP) based techniques for neural network verification, which are particularly attractive because they can encode expressive behaviors while ensuring a polynomial time decision. Our starting point is the DeepSDP framework proposed by Fazlyab et al, which uses quadratic constraints to abstract the verification problem into a large-scale SDP. When the size of the neural network grows, however, solving this SDP quickly becomes intractable. Our key observation is that by leveraging chordal sparsity and specific parametrizations of DeepSDP, we can decompose the primary computational bottleneck of DeepSDP -- a large linear matrix inequality (LMI) -- into an equivalent collection of smaller LMIs. Our parametrization admits a tunable parameter, allowing us to trade-off efficiency and accuracy in the verification procedure. We call our formulation Chordal-DeepSDP, and provide experimental evaluation to show that it can: (1) effectively increase accuracy with the tunable parameter and (2) outperform DeepSDP on deeper networks.


翻译:未来许多技术都依赖于神经网络,但核查其行为的正确性仍然是一项重大挑战。已知神经网络在甚至小的输入扰动的情况下可能很脆弱,从而产生不可预测的产出。因此,对神经网络的核查对采纳这些网络至关重要,近年来提出了若干办法。在本文件中,我们侧重于基于半确定性编程技术,用于神经网络核查,这些技术特别具有吸引力,因为它们能够将表情行为编码,同时确保一个多元时间决定。我们的出发点是Fazlyab et al提出的深SDP框架,该框架利用四面形限制将核查问题纳入大型SDP。但是,当神经网络的规模扩大时,迅速解决SDP的问题变得难以解决。我们的主要观察是,通过利用深SDP的变异性与具体相匹配技术,我们可以将DeepSDP的主要计算瓶颈 -- -- 巨大的线性矩阵不平等(LMI) -- 归入一个类似规模较小的深度LMI网络,其中利用四面形限制将核查问题纳入大型SDP。但是,当神经网络的大小时,我们无法快速的试算的参数显示我们的贸易的精确度。

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