End-to-end learners for autonomous driving are deep neural networks that predict the instantaneous steering angle directly from images of the ahead-lying street. These learners must provide reliable uncertainty estimates for their predictions in order to meet safety requirements and initiate a switch to manual control in areas of high uncertainty. Yet end-to-end learners typically only deliver point predictions, since distributional predictions are associated with large increases in training time or additional computational resources during prediction. To address this shortcoming we investigate efficient and scalable approximate inference for the implicit copula neural linear model of Klein, Nott and Smith (2021) in order to quantify uncertainty for the predictions of end-to-end learners. The result are densities for the steering angle that are marginally calibrated, i.e.~the average of the estimated densities equals the empirical distribution of steering angles. To ensure the scalability to large $n$ regimes, we develop efficient estimation based on variational inference as a fast alternative to computationally intensive, exact inference via Hamiltonian Monte Carlo. We demonstrate the accuracy and speed of the variational approach in comparison to Hamiltonian Monte Carlo on two end-to-end learners trained for highway driving using the comma2k19 data set. The implicit copula neural linear model delivers accurate calibration, high-quality prediction intervals and allows to identify overconfident learners. Our approach also contributes to the explainability of black-box end-to-end learners, since predictive densities can be used to understand which steering actions the end-to-end learner sees as valid.


翻译:自主驾驶的端对端学习者是深层神经网络,它直接从前方街道的图像中预测瞬时方向。这些学习者必须为预测提供可靠的不确定性估计,以便满足安全要求,并启动在高度不确定性地区人工控制的转换。然而,端对端学习者通常只提供点预测,因为分配预测与在预测期间培训时间或额外计算资源的大幅增加有关,为了解决这一缺陷,我们调查克莱因、诺特和史密斯(2021年)隐含的相向线性神经模型的高效和可缩放近似推推推法,以便量化对端对端学习者的预测的不确定性。结果显示方向方向的密度稍作校准,即:估计密度的平均值等于方向方向方向的实测分布。为了确保对大额美元制度的可调适量性,我们根据可变性模型的准确度估算法进行高效估算,作为计算密集度的、准确的推论方法,通过汉密尔顿·蒙特卡洛(2021年)进行计算,以便量化对端至端学生预测的变性方法进行量化的不确定性的不确定性。我们所选的精确度方法,从修的卡路路路路路路里的精确判学生到对路段的精确判的精确判的精确度,可以理解。

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