Verifying and explaining the behavior of neural networks is becoming increasingly important, especially when they are deployed in safety-critical applications. In this paper, we study verification problems for Binarized Neural Networks (BNNs), the 1-bit quantization of general real-numbered neural networks. Our approach is to encode BNNs into Binary Decision Diagrams (BDDs), which is done by exploiting the internal structure of the BNNs. In particular, we translate the input-output relation of blocks in BNNs to cardinality constraints which are then encoded by BDDs. Based on the encoding, we develop a quantitative verification framework for BNNs where precise and comprehensive analysis of BNNs can be performed. We demonstrate the application of our framework by providing quantitative robustness analysis and interpretability for BNNs. We implement a prototype tool BDD4BNN and carry out extensive experiments which confirm the effectiveness and efficiency of our approach.


翻译:校验和解释神经网络的行为正变得越来越重要,特别是当这些网络被部署在安全关键应用中时。在本文件中,我们研究了Bincialization神经网络(BNN)的核查问题,这是一般真实神经网络的1位数的量化。我们的方法是将BNN编码为二进制决定图(BDD),这是通过利用BNN的内部结构完成的。特别是,我们把BNN的区块的输入-输出与主要限制之间的关联化,这些限制随后由BDDs编码。根据编码,我们为BNNs开发了一个定量核查框架,对BNs进行精确和全面的分析。我们通过为BNs提供定量稳健性分析和解释性框架的应用。我们采用了一个原型工具(BDD4BNN),并进行了广泛的实验,以证实我们的方法的有效性和效率。

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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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