This work provides a computable, direct, and mathematically rigorous approximation to the differential geometry of class manifolds for high-dimensional data, along with nonlinear projections from input space onto these class manifolds. The tools are applied to the setting of neural network image classifiers, where we generate novel, on-manifold data samples, and implement a projected gradient descent algorithm for on-manifold adversarial training. The susceptibility of neural networks (NNs) to adversarial attack highlights the brittle nature of NN decision boundaries in input space. Introducing adversarial examples during training has been shown to reduce the susceptibility of NNs to adversarial attack; however, it has also been shown to reduce the accuracy of the classifier if the examples are not valid examples for that class. Realistic "on-manifold" examples have been previously generated from class manifolds in the latent of an autoencoder. Our work explores these phenomena in a geometric and computational setting that is much closer to the raw, high-dimensional input space than can be provided by VAE or other black box dimensionality reductions. We employ conformally invariant diffusion maps (CIDM) to approximate class manifolds in diffusion coordinates, and develop the Nystr\"{o}m projection to project novel points onto class manifolds in this setting. On top of the manifold approximation, we leverage the spectral exterior calculus (SEC) to determine geometric quantities such as tangent vectors of the manifold. We use these tools to obtain adversarial examples that reside on a class manifold, yet fool a classifier. These misclassifications then become explainable in terms of human-understandable manipulations within the data, by expressing the on-manifold adversary in the semantic basis on the manifold.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
28+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17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
149+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
24+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月9日
Neur2RO: Neural Two-Stage Robust Optimization
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月6日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月6日
Arxiv
28+阅读 · 2022年3月28日
Max-Margin Contrastive Learning
Arxiv
17+阅读 · 2021年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
24+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月9日
Neur2RO: Neural Two-Stage Robust Optimization
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月6日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月6日
Arxiv
28+阅读 · 2022年3月28日
Max-Margin Contrastive Learning
Arxiv
17+阅读 · 2021年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员