Certifying the safety or robustness of neural networks against input uncertainties and adversarial attacks is an emerging challenge in the area of safe machine learning and control. To provide such a guarantee, one must be able to bound the output of neural networks when their input changes within a bounded set. In this paper, we propose a semidefinite programming (SDP) framework to address this problem for feed-forward neural networks with general activation functions and input uncertainty sets. Our main idea is to abstract various properties of activation functions (e.g., monotonicity, bounded slope, bounded values, and repetition across layers) with the formalism of quadratic constraints. We then analyze the safety properties of the abstracted network via the S-procedure and semidefinite programming. Our framework spans the trade-off between conservatism and computational efficiency and applies to problems beyond safety verification. We evaluate the performance of our approach via numerical problem instances of various sizes.


翻译:在安全机器学习和控制领域,证明神经网络在投入不确定性和对抗性攻击方面的安全性或稳健性是一项新出现的挑战。为了提供这种保证,人们必须能够在神经网络投入变化与一组封闭时将其输出捆绑起来。在本文件中,我们提议了一个半无限制的编程框架来解决这个问题,供具有一般激活功能和输入不确定性组合的进料向神经网络使用。我们的主要想法是抽象地将激活功能的各种特性(例如单向、捆绑斜坡、约束值和跨层重复)与二次限制的形式主义结合起来。我们随后通过S-程序化和半无限制编程分析抽象网络的安全特性。我们的框架跨越了保守主义与计算效率之间的交易,并适用于安全核查以外的问题。我们通过不同大小的数字问题实例评估我们方法的绩效。

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/
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
50+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | 顶级期刊IoTJ物联网专刊诚邀稿件
Call4Papers
7+阅读 · 2019年5月20日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
CCF A类 | 顶级会议RTSS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年4月17日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Arxiv
0+阅读 · 2021年11月5日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | 顶级期刊IoTJ物联网专刊诚邀稿件
Call4Papers
7+阅读 · 2019年5月20日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
CCF A类 | 顶级会议RTSS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年4月17日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员