Neural Networks (NNs) can provide major empirical performance improvements for robotic systems, but they also introduce challenges in formally analyzing those systems' safety properties. In particular, this work focuses on estimating the forward reachable set of closed-loop systems with NN controllers. Recent work provides bounds on these reachable sets, yet the computationally efficient approaches provide overly conservative bounds (thus cannot be used to verify useful properties), whereas tighter methods are too intensive for online computation. This work bridges the gap by formulating a convex optimization problem for reachability analysis for closed-loop systems with NN controllers. While the solutions are less tight than prior semidefinite program-based methods, they are substantially faster to compute, and some of the available computation time can be used to refine the bounds through input set partitioning, which more than overcomes the tightness gap. The proposed framework further considers systems with measurement and process noise, thus being applicable to realistic systems with uncertainty. Finally, numerical comparisons show $10\times$ reduction in conservatism in $\frac{1}{2}$ of the computation time compared to the state-of-the-art, and the ability to handle various sources of uncertainty is highlighted on a quadrotor model.


翻译:神经网络(NNs)可以为机器人系统提供重大的实证性能改进,但它们也给正式分析这些系统的安全性能带来挑战。 特别是, 这项工作侧重于用 NN 控制器来估计远可实现的封闭环系统。 最近的工作为这些可实现的数据集提供了界限, 而计算高效的方法提供了过于保守的界限( 无法用来核查有用性能), 而更紧的方法太紧, 无法在线计算。 这项工作通过为与NNN控制器一起的闭环系统进行可达性分析开发一个螺旋式优化问题来弥补差距。 虽然解决方案比先前的半定型程序方法要紧得多,但它们的计算速度要快得多, 有些可用的计算时间可以用来通过输入设定的分隔来改进界限,这比克服紧凑性差距还多。 拟议框架进一步审议测量和过程噪音的系统,从而适用于现实的不确定系统。 最后, 数字比较表明, $\ frac1 ⁇ 2} 与基于半定型程序的方法相比, 计算时间减少了10美元。 与各种变数源相比, 的计算能力显示, 度和四等处理能力显示, 度的计算时间减少了10美元。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
【CIKM2020】神经逻辑推理,Neural Logic Reasoning
专知会员服务
49+阅读 · 2020年8月25日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
109+阅读 · 2020年5月15日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10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
16+阅读 · 2018年12月24日
【OpenAI】深度强化学习关键论文列表
专知
11+阅读 · 2018年11月10日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
Arxiv
3+阅读 · 2017年12月14日
Arxiv
3+阅读 · 2017年11月20日
VIP会员
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10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
16+阅读 · 2018年12月24日
【OpenAI】深度强化学习关键论文列表
专知
11+阅读 · 2018年11月10日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员