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2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

Computational Analysis of Robustness in Neural Network Classifiers

verfasst von : Iveta Bečková, Štefan Pócoš, Igor Farkaš

Erschienen in: Artificial Neural Networks and Machine Learning – ICANN 2020

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Neural networks, especially deep architectures, have proven excellent tools in solving various tasks, including classification. However, they are susceptible to adversarial inputs, which are similar to original ones, but yield incorrect classifications, often with high confidence. This reveals the lack of robustness in these models. In this paper, we try to shed light on this problem by analyzing the behavior of two types of trained neural networks: fully connected and convolutional, using MNIST, Fashion MNIST, SVHN and CIFAR10 datasets. All networks use a logistic activation function whose steepness we manipulate to study its effect on network robustness. We also generated adversarial examples with FGSM method and by perturbing those pixels that fool the network most effectively. Our experiments reveal a trade-off between accuracy and robustness of the networks, where models with a logistic function approaching a threshold function (very steep slope) appear to be more robust against adversarial inputs.

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Literatur
3.
Zurück zum Zitat Krizhevsky, A.: Learning multiple layers of features from tiny images. Technical report TR-2009, University of Toronto (2009) Krizhevsky, A.: Learning multiple layers of features from tiny images. Technical report TR-2009, University of Toronto (2009)
4.
Zurück zum Zitat Kuzma, T., Farkaš, I.: Computational analysis of learned representations in deep neural network classifiers. In: IEEE International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN) (2018) Kuzma, T., Farkaš, I.: Computational analysis of learned representations in deep neural network classifiers. In: IEEE International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN) (2018)
7.
Zurück zum Zitat Netzer, Y., Wang, T., Coates, A., Bissacco, A., Wu, B., Ng, A.Y.: Reading digits in natural images with unsupervised feature learning. In: NIPS Workshop on Deep Learning and Unsupervised Feature Learning (2011) Netzer, Y., Wang, T., Coates, A., Bissacco, A., Wu, B., Ng, A.Y.: Reading digits in natural images with unsupervised feature learning. In: NIPS Workshop on Deep Learning and Unsupervised Feature Learning (2011)
16.
Zurück zum Zitat Zhang, G., Yan, C., Ji, X., Zhang, T., Zhang, T., Xu, W.: DolphinAttack: inaudible voice commands. In: Proceedings of the ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, pp. 103–117 (2017) Zhang, G., Yan, C., Ji, X., Zhang, T., Zhang, T., Xu, W.: DolphinAttack: inaudible voice commands. In: Proceedings of the ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, pp. 103–117 (2017)
Metadaten
Titel
Computational Analysis of Robustness in Neural Network Classifiers
verfasst von
Iveta Bečková
Štefan Pócoš
Igor Farkaš
Copyright-Jahr
2020
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-61609-0_6