Many state-of-the-art adversarial training methods leverage upper bounds of the adversarial loss to provide security guarantees. Yet, these methods require computations at each training step that can not be incorporated in the gradient for backpropagation. We introduce a new, more principled approach to adversarial training based on a closed form solution of an upper bound of the adversarial loss, which can be effectively trained with backpropagation. This bound is facilitated by state-of-the-art tools from robust optimization. We derive two new methods with our approach. The first method (Approximated Robust Upper Bound or aRUB) uses the first order approximation of the network as well as basic tools from linear robust optimization to obtain an approximate upper bound of the adversarial loss that can be easily implemented. The second method (Robust Upper Bound or RUB), computes an exact upper bound of the adversarial loss. Across a variety of tabular and vision data sets we demonstrate the effectiveness of our more principled approach -- RUB is substantially more robust than state-of-the-art methods for larger perturbations, while aRUB matches the performance of state-of-the-art methods for small perturbations. Also, both RUB and aRUB run faster than standard adversarial training (at the expense of an increase in memory). All the code to reproduce the results can be found at https://github.com/kimvc7/Robustness.


翻译:许多最先进的对抗性培训方法利用对抗性损失的上限来提供安全保障。然而,这些方法要求在每个培训步骤中计算无法纳入回向调整梯度的每个培训步骤。我们采用新的、更原则化的对抗性培训方法,其基础是对抗性损失上限的封闭形式解决办法,可以通过反向调整进行有效培训。这一约束由来自强力优化的最先进工具加以促进。我们用我们的方法得出了两种新方法。第一个方法(接近Robust Upper Bound 或 ARUB)使用网络的第一排序近似法以及线性强优化的基本工具,以获得可以轻易执行的对抗性损失近似上限的基本工具。第二个方法(Robust Upper Bound或RUB)对抗辩性损失的准确性定义进行了准确的上限。在各种表格和视觉数据组中,我们展示了我们更具有原则性的方法的有效性 -- RUB 与用于更小规模的更高级方法相比更加强大。在RUB/RUB中,一个快速的RUB标准成本性比在RUB/RUB的所有成本中都比在RU-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ration-ral-ral-ral-ration-ral-r-r-r-ral-r-r-r-r-r-r-r-ration-al-al-al-al-al-al-al-ration-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-tra-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-

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