The increasing prevalence of neural networks (NNs) in safety-critical applications calls for methods to certify safe behavior. This paper presents a backward reachability approach for safety verification of neural feedback loops (NFLs), i.e., closed-loop systems with NN control policies. While recent works have focused on forward reachability as a strategy for safety certification of NFLs, backward reachability offers advantages over the forward strategy, particularly in obstacle avoidance scenarios. Prior works have developed techniques for backward reachability analysis for systems without NNs, but the presence of NNs in the feedback loop presents a unique set of problems due to the nonlinearities in their activation functions and because NN models are generally not invertible. To overcome these challenges, we use existing forward NN analysis tools to efficiently find an over-approximation of the backprojection (BP) set, i.e., the set of states for which the NN control policy will drive the system to a given target set. We present frameworks for calculating BP over-approximations for both linear and nonlinear systems with control policies represented by feedforward NNs and propose computationally efficient strategies. We use numerical results from a variety of models to showcase the proposed algorithms, including a demonstration of safety certification for a 6D system.


翻译:安全关键应用中神经网络的日益普及要求采取安全行为验证方法。本文件介绍了神经反馈循环(NFLs)安全核查的后向可达性方法,即带有NN控制政策的封闭环系统。虽然最近的工作侧重于前向可达性,作为NFLs安全认证战略,但后向可达性比前向战略有优势,特别是在避免障碍的情况下。先前的工作为没有NNW的系统开发了后向可达性分析技术,但反馈循环中出现NFNs则提出了一套独特的问题,原因是其启动功能的非线性,而且由于NNNN模型一般是不可忽略的。为了克服这些挑战,我们利用现有的前向NNS分析工具,以便有效地找到对NF(BP)集的过度匹配性战略,即NNP控制政策将驱动系统达到既定目标的一组国家。我们提出了计算线性和非线性系统对BP的过度匹配性框架,因为其启动功能是非线性,而且NF模型一般是不可忽略的。为了克服这些挑战,我们使用现有的前向NP分析工具,以便从一个高效率的验证系统(我们使用的)系统使用一个数字模型的测试结果,我们提出一个有效的测试结果,包括一个数字式的测试结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
76+阅读 · 2020年7月26日
专知会员服务
59+阅读 · 2020年3月19日
专知会员服务
158+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18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
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
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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
34+阅读 · 2019年11月7日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
76+阅读 · 2020年7月26日
专知会员服务
59+阅读 · 2020年3月19日
专知会员服务
158+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18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
相关基金
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
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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员