Wang Y, Zou D, Yi J, et al. Improving Adversarial Robustness Requires Revisiting Misclassified Examples[C]. international conference on learning representations, 2020.

@article{wang2020improving,

title={Improving Adversarial Robustness Requires Revisiting Misclassified Examples},

author={Wang, Yisen and Zou, Difan and Yi, Jinfeng and Bailey, James and Ma, Xingjun and Gu, Quanquan},

year={2020}}

作者认为, 错分样本对于提高网络的鲁棒性是很重要的, 为此提出了一个启发于此的新的损失函数.

主要内容

符号

\(h_{\theta}\): 参数为\(\theta\)的神经网络;

\((x,y) \in \mathbb{R}^d \times \{1,\ldots, K\}\): 类别及其标签;

\[\tag{2}
h_{\boldsymbol{\theta}}\left(\mathbf{x}_{i}\right)=\underset{k=1, \ldots, K}{\arg \max } \mathbf{p}_{k}\left(\mathbf{x}_{i}, \boldsymbol{\theta}\right), \quad \mathbf{p}_{k}\left(\mathbf{x}_{i}, \boldsymbol{\theta}\right)=\exp \left(\mathbf{z}_{k}\left(\mathbf{x}_{i}, \boldsymbol{\theta}\right)\right) / \sum_{k^{\prime}=1}^{K} \exp \left(\mathbf{z}_{k^{\prime}}\left(\mathbf{x}_{i}, \boldsymbol{\theta}\right)\right)
\]

定义正分类样本和误分类样本

\[\mathcal{S}_{h_{\theta}}^+ = \{i : i \in [n], h_{\theta} (x_i)=y_i \} \quad \mathrm{and} \quad \mathcal{S}_{h_{\theta}}^- = \{i : i \in [n], h_{\theta} (x_i) \not =y_i \}.
\]

MART

在所有样本上的鲁棒分类误差:

\[\tag{3}
\mathcal{R}(h_{\theta}) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \max_{x_i' \in \mathcal{B}_{\epsilon}(x_i)} \mathbb{1}(h_{\theta}(x_i') \not= y_i),
\]

并定义在错分样本上的鲁棒分类误差

\[\tag{4}
\mathcal{R}^- (h_{\theta}, x_i):= \mathbb{1} (h_{\theta}(\hat{x}_i') \not=y_i) + \mathbb{1}(h_{\theta}(x_i) \not= h_{\theta} (\hat{x}_i'))
\]

其中

\[\tag{5}
\hat{x}_i'=\arg \max_{x_i' \in \mathcal{B}_{\epsilon} (x_i)} \mathbb{1} (h_{\theta} (x_i') \not = y_i).
\]

以及正分样本上的鲁棒分类误差:

\[\tag{6}
\mathcal{R}^+(h_{\theta}, x_i):=\mathbb{1}(h_{\theta}(\hat{x}_i') \not = y_i).
\]

最后, 我们要最小化的是二者的混合误差:

\[\tag{7}
\begin{aligned}
\min _{\boldsymbol{\theta}} \mathcal{R}_{\text {misc }}\left(h_{\boldsymbol{\theta}}\right): &=\frac{1}{n}\left(\sum_{i \in \mathcal{S}_{h}^{+}} \mathcal{R}^{+}\left(h_{\boldsymbol{\theta}}, \mathbf{x}_{i}\right)+\sum_{i \in \mathcal{S}_{\boldsymbol{h}_{\boldsymbol{\theta}}}^{-}} \mathcal{R}^{-}\left(h_{\boldsymbol{\theta}}, \mathbf{x}_{i}\right)\right) \\
&=\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n}\left\{\mathbb{1}\left(h_{\boldsymbol{\theta}}\left(\hat{\mathbf{x}}_{i}^{\prime}\right) \neq y_{i}\right)+\mathbb{1}\left(h_{\boldsymbol{\theta}}\left(\mathbf{x}_{i}\right) \neq h_{\boldsymbol{\theta}}\left(\hat{\mathbf{x}}_{i}^{\prime}\right)\right) \cdot \mathbb{1}\left(h_{\boldsymbol{\theta}}\left(\mathbf{x}_{i}\right) \neq y_{i}\right)\right\}
\end{aligned}.
\]

为了能够传递梯度, 需要利用一些替代函数"软化"上面的损失函数, 对于\(\mathbb{1}(h_{\theta}(\hat{x}_i')\not = y_i)\)利用BCE损失函数替代

\[\tag{8}
\mathrm{BCE} (p(\hat{x}_i, \theta),y_i)= -\log (p_{y_i} (\hat{x}_i',\theta))- \log (1-\max_{k\not=y_i} p_k(\hat{x}_i',\theta)),
\]

第一项为普通的交叉熵损失, 第二项用于提高分类边界.

对于第二项\(\mathbb{1}(h_{\theta}(x_i)\not=h_{\theta}(\hat{x}_i'))\), 用KL散度作为替代

\[\tag{9}
\mathrm{KL} (p(x_i, \theta)\| p(\hat{x}_i', \theta))=\sum_{k=1}^K p_k(x_i, \theta)\log \frac{p_k(x_i,\theta)}{p_k(\hat{x}_i',\theta)}.
\]

最后一项\(\mathbb{1}(h_{\theta}(x_i) \not =y_i)\)则可用 \(1-p_{y_i}(x_i,\theta)\)来代替.

于是最后的损失函数便是

\[\tag{11}
\mathcal{L}^{\mathrm{MART}}(\theta)= \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \ell(x_i, y_i, \theta),
\]

其中

\[\ell (x_i,y_i,\theta):=\mathrm{BCE}(p(\hat{x}_i', \theta),y_i)+\lambda \cdot \mathrm{KL} (p(x_i,\theta) \|p(\hat{x}_i,\theta)) \cdot (1-p_{y_i}(x_i, \theta)).
\]

IMPROVING ADVERSARIAL ROBUSTNESS REQUIRES REVISITING MISCLASSIFIED EXAMPLES的更多相关文章

  1. Improving Adversarial Robustness via Channel-Wise Activation Suppressing

    目录 概 主要内容 代码 Bai Y., Zeng Y., Jiang Y., Xia S., Ma X., Wang Y. Improving adversarial robustness via ...

  2. Improving Adversarial Robustness Using Proxy Distributions

    目录 概 主要内容 proxy distribution 如何利用构造的数据 Sehwag V., Mahloujifar S., Handina T., Dai S., Xiang C., Chia ...

  3. Reliable evaluation of adversarial robustness with an ensemble of diverse parameter-free attacks

    目录 概 主要内容 Auto-PGD Momentum Step Size 损失函数 AutoAttack Croce F. & Hein M. Reliable evaluation of ...

  4. Second Order Optimization for Adversarial Robustness and Interpretability

    目录 概 主要内容 (4)式的求解 超参数 Tsiligkaridis T., Roberts J. Second Order Optimization for Adversarial Robustn ...

  5. Certified Adversarial Robustness via Randomized Smoothing

    目录 概 主要内容 定理1 代码 Cohen J., Rosenfeld E., Kolter J. Certified Adversarial Robustness via Randomized S ...

  6. Inherent Adversarial Robustness of Deep Spiking Neural Networks: Effects of Discrete Input Encoding and Non-Linear Activations

    郑重声明:原文参见标题,如有侵权,请联系作者,将会撤销发布! arXiv:2003.10399v2 [cs.CV] 23 Jul 2020 ECCV 2020 1 https://github.com ...

  7. Adversarial Detection methods

    目录 Kernel Density (KD) Local Intrinsic Dimensionality (LID) Gaussian Discriminant Analysis (GDA) Gau ...

  8. (转)Is attacking machine learning easier than defending it?

    转自:http://www.cleverhans.io/security/privacy/ml/2017/02/15/why-attacking-machine-learning-is-easier- ...

  9. [C5] Andrew Ng - Structuring Machine Learning Projects

    About this Course You will learn how to build a successful machine learning project. If you aspire t ...

随机推荐

  1. C/C++ Qt 数据库与TableView多组件联动

    Qt 数据库组件与TableView组件实现联动,以下案例中实现了,当用户点击并选中TableView组件内的某一行时,我们通过该行中的name字段查询并将查询结果关联到ListView组件内,同时将 ...

  2. 使用微信开放标签<wx-open-launch-weapp>的踩坑日记

    最近在完成H5跳转小程序需求时,使用到了微信官方退出的开放标签<wx-open-launch-weapp>,来谈一谈使用的心得和不足. 1.适用环境微信版本要求为:7.0.12及以上. 系 ...

  3. 对于Linq关键字和await,async异步关键字的扩展使用

    最近在看neuecc大佬写的一些库:https://neuecc.medium.com/,其中对await,async以及linq一些关键字实现了自定义化使用, 使其不需要引用对应命名空间,不需要多线 ...

  4. 求最长子序列(非连续)的STL方法 - 洛谷P1020 [NOIP1999 普及组] 导弹拦截

    先给出例题:P1020 [NOIP1999 普及组] 导弹拦截 - 洛谷 | 计算机科学教育新生态 (luogu.com.cn) 大佬题解:P1020 [NOIP1999 普及组] 导弹拦截 - 洛谷 ...

  5. Oracle——创建存储过程

    有个超级详细的关于存储过程的帖子:https://www.cnblogs.com/snowballed/p/6766867.html Oracle-存储过程(procedure.function.pa ...

  6. UIButton总结

    UIButton 1. 功能 既能显示文字,又能显示图片(能显示2张图片,背景图片.内容图片) 长按高亮的时候可以切换图片\文字 直接通过addTarget...方法监听点击 2. 状态 normal ...

  7. Linux上Zookeeper集群搭建

    一.官网 https://zookeeper.apache.org/ 二.下载安装 (1)下载 复制链接地址  http://mirror.bit.edu.cn/apache/zookeeper/zo ...

  8. angular关于select的留白问题

    Angular select留白的问题 小白的总结,大神勿喷:需要转载请说明出处,如果有什么问题,欢迎留言 总结:出现留白说明你的ng-model的值在option的value中没有对应的值: 一.直 ...

  9. 【保姆级教程】Ubuntu18.04+Geforce 980Ti+安装CUDA10.2+Cudnn

    首先感谢师兄的博客!前半部分按照这个照做没有问题! https://www.bilibili.com/read/cv9162965/ 第一步:下载CUDA 在官网下载,查询自己的GPU型号对应的CUD ...

  10. Jenkins监控

    目录 一.Monitoring插件 二.Prometheus监控 一.Monitoring插件 Monitoring插件(monitoring)使用JavaMelody,对Jenkins进行监控.插件 ...