Neural networks have achieved the state-of-the-art performance in various machine learning fields, yet the incorporation of malicious perturbations with input data (adversarial example) is shown to fool neural networks' predictions. This would lead to potential risks for real-world applications such as endangering autonomous driving and messing up text identification. To mitigate such risks, an understanding of how adversarial examples operate is critical, which however remains unresolved. Here we demonstrate that adversarial perturbations contain human-recognizable information, which is the key conspirator responsible for a neural network's erroneous prediction, in contrast to a widely discussed argument that human-imperceptible information plays the critical role in fooling a network. This concept of human-recognizable information allows us to explain key features related to adversarial perturbations, including the existence of adversarial examples, the transferability among different neural networks, and the increased neural network interpretability for adversarial training. Two unique properties in adversarial perturbations that fool neural networks are uncovered: masking and generation. A special class, the complementary class, is identified when neural networks classify input images. The human-recognizable information contained in adversarial perturbations allows researchers to gain insight on the working principles of neural networks and may lead to develop techniques that detect/defense adversarial attacks.


翻译:在各种机器学习领域,神经网络达到了最先进的表现,然而,将恶意扰动与输入数据相结合(对抗性实例),这证明是欺骗神经网络预测的假设。这将导致现实世界应用的潜在风险,例如危及自主驱动和干扰文本识别。为了减轻这种风险,了解对抗性实例是如何运作的至关重要,但这种风险仍未解决。我们在这里表明,对立性扰动包含可识别的人类信息,这是造成神经网络错误预测的关键搭建者,与广泛讨论的关于人类不可见信息在愚弄网络方面发挥关键作用的论点形成对照。这种人类可识别性信息的概念使我们能够解释与对抗性干扰有关的关键特征,包括存在对抗性实例,不同神经网络之间的可转移性,以及增强对抗性培训的神经网络解释性。在对抗性对立性透析中发现两个独特的特性,即:掩蔽和生成。在对立性网络中,可识别性信息的特殊类别、可识别的可辨识辨识性类别,在对立性研究网络进行分类时,可以将人际攻击性图像纳入。

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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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