Neural Networks (NNs) have increasingly apparent safety implications commensurate with their proliferation in real-world applications: both unanticipated as well as adversarial misclassifications can result in fatal outcomes. As a consequence, techniques of formal verification have been recognized as crucial to the design and deployment of safe NNs. In this paper, we introduce a new approach to formally verify the most commonly considered safety specifications for ReLU NNs -- i.e. polytopic specifications on the input and output of the network. Like some other approaches, ours uses a relaxed convex program to mitigate the combinatorial complexity of the problem. However, unique in our approach is the way we use a convex solver not only as a linear feasibility checker, but also as a means of penalizing the amount of relaxation allowed in solutions. In particular, we encode each ReLU by means of the usual linear constraints, and combine this with a convex objective function that penalizes the discrepancy between the output of each neuron and its relaxation. This convex function is further structured to force the largest relaxations to appear closest to the input layer; this provides the further benefit that the most problematic neurons are conditioned as early as possible, when conditioning layer by layer. This paradigm can be leveraged to create a verification algorithm that is not only faster in general than competing approaches, but is also able to verify considerably more safety properties; we evaluated PEREGRiNN on a standard MNIST robustness verification suite to substantiate these claims.


翻译:神经网络(NNs)具有与现实世界应用中扩散相适应的日益明显的安全影响:意料之外和对抗性错误分类都可能导致致命的结果。因此,正式核查技术被公认为是设计和部署安全NNs的关键。在本文中,我们引入了一种新的方法,正式核查RELU NNs最常考虑的安全规格,即网络投入和输出的多立面规格。像其他一些方法一样,我们使用宽松的康维克斯程序来减轻问题的复杂性。然而,我们的方法中的独特性是我们使用一个康维克斯解析器的方式,不仅作为线性可行性检查器,而且作为惩罚安全NNNPs中允许的放松程度的手段。特别是,我们采用新的方法,正式核查RLU的每个最常见安全规格 -- -- 即网络输入和输出的多立面规格。我们使用一个宽松的康维克斯程序来减轻问题的复杂复杂性。这个套装式功能进一步把最大的放松到与输入层最接近的程度。 这套方法不仅能进一步修正,而且还能进一步修正神经结构的升级,而且能进一步使神经结构得到更高的标准。

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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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