Deep neural networks have demonstrated superior performance in artificial intelligence applications, but the opaqueness of their inner working mechanism is one major drawback in their application. The prevailing unit-based interpretation is a statistical observation of stimulus-response data, which fails to show a detailed internal process of inherent mechanisms of neural networks. In this work, we analyze a convolutional neural network (CNN) trained in the classification task and present an algorithm to extract the diffusion pathways of individual pixels to identify the locations of pixels in an input image associated with object classes. The pathways allow us to test the causal components which are important for classification and the pathway-based representations are clearly distinguishable between categories. We find that the few largest pathways of an individual pixel from an image tend to cross the feature maps in each layer that is important for classification. And the large pathways of images of the same category are more consistent in their trends than those of different categories. We also apply the pathways to understanding adversarial attacks, object completion, and movement perception. Further, the total number of pathways on feature maps in all layers can clearly discriminate the original, deformed, and target samples.


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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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