Although neural networks are widely used, it remains challenging to formally verify the safety and robustness of neural networks in real-world applications. Existing methods are designed to verify the network before use, which is limited to relatively simple specifications and fixed networks. These methods are not ready to be applied to real-world problems with complex and/or dynamically changing specifications and networks. To effectively handle dynamically changing specifications and networks, the verification needs to be performed online when these changes take place. However, it is still challenging to run existing verification algorithms online. Our key insight is that we can leverage the temporal dependencies of these changes to accelerate the verification process, e.g., by warm starting new online verification using previous verified results. This paper establishes a novel framework for scalable online verification to solve real-world verification problems with dynamically changing specifications and/or networks, known as domain shift and weight shift respectively. We propose three types of techniques (branch management, perturbation tolerance analysis, and incremental computation) to accelerate the online verification of deep neural networks. Experiment results show that our online verification algorithm is up to two orders of magnitude faster than existing verification algorithms, and thus can scale to real-world applications.


翻译:虽然神经网络被广泛使用,但正式核查现实世界应用中神经网络的安全和稳健性仍是一项挑战,目前设计的方法是为了在使用之前核查网络,但仅限于相对简单的规格和固定网络。这些方法无法应用于复杂和/或动态变化的规格和网络的现实世界问题。为了有效地处理动态变化的规格和网络,当这些变化发生时,核查需要在网上进行。然而,在网上运行现有的核查算法仍然具有挑战性。我们的关键洞察力是,我们可以利用这些变化的时间依赖性来加速核查进程,例如,利用以前的核查结果来温暖地启动新的在线核查。本文为可扩展的在线核查提供了一个新的框架,以便用动态变化的规格和/或网络解决真实世界的核查问题,分别称为域变和重量变换。我们提出了三种技术(伞管理、扰动容忍分析和递增计算),以加速对深神经网络的在线核查。实验结果显示,我们的在线核查算法比现有核查算法更快,因此可以规模达到两个级级级,从而可以使实际应用达到规模。

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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/
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