Stochastic Perturbation Theory for Machine Learning

机器学习的随机扰动理论

基本信息

  • 批准号:
    EP/W00383X/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.77万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

With the advent of big data and the increased prevalence of Artificial Intelligence (AI) in science and technology, the reliability of machine learning-based inference and classification systems has become a major concern. The consequences of numerical mistakes can be catastrophic, as seen in the example of an accident involving a self-driving car. While machine learning has been very successful at tackling complex tasks that vastly exceed human capability, it sometimes only takes a small, humanly undetectable data perturbation to fool a classification system and cause it to fail. Such perturbations can have dramatic consequences; they can lead to medical misdiagnosis, misinterpretation in speech recognition or voice authentication, or simply to reduced confidence in prediction and decision support systems. It is important to understand the nature and prevalence of adversarial perturbations, whether such perturbations are likely to occur by accident, and how to improve the robustness of inference and classification systems.This project aims to study the effect of data perturbations in deep learning through the lens of numerical conditioning theory and geometric probability. The condition number, introduced in ground-breaking work by von Neuman and Turing, measures the sensitivity of a solution to a computational problem to perturbations in the data. By formulating robustness problems in deep learning as conditioning problems, we unlock a range of methods that have been employed in the analysis of condition numbers in order to obtain better bounds on the robustness of machine learning problems. As for applications, this work will be specifically interested in time series problems. One such problem is the detection of exoplanes from photometric data recorded by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).
随着大数据的出现和人工智能(AI)在科学技术中的日益普及,基于机器学习的推理和分类系统的可靠性已成为人们关注的主要问题。数字错误的后果可能是灾难性的,正如涉及自动驾驶汽车的事故的例子所示。虽然机器学习在处理远远超出人类能力的复杂任务方面非常成功,但有时只需要一个人类无法检测到的小数据扰动就能欺骗分类系统并导致其失败。这种扰动可能会产生严重的后果。它们可能导致医疗误诊、语音识别或语音认证的误解,或者只是降低对预测和决策支持系统的信心。了解对抗性扰动的性质和普遍性、这种扰动是否可能偶然发生以及如何提高推理和分类系统的鲁棒性非常重要。该项目旨在通过数值条件理论和几何概率的视角研究深度学习中数据扰动的影响。冯·诺依曼和图灵在开创性工作中引入的条件数衡量了计算问题的解决方案对数据扰动的敏感性。通过将深度学习中的鲁棒性问题表述为条件问题,我们解锁了一系列用于条件数分析的方法,以便更好地了解机器学习问题的鲁棒性。至于应用程序,这项工作将特别对时间序列问题感兴趣。其中一个问题是从凌日系外行星勘测卫星(TESS)记录的光度数据中检测系外飞机。

项目成果

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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    柳楽慶太;生田祥也;篠原正浩;中佐智幸;眞田洋平;大本武児;安達伸生;味八木茂;Martin Lotz;稲垣智宏,伊原彰紀;向和歌奈;小口知希,伊原彰紀,稲垣智宏;篠原正浩;Arnidah Badin,光斎翔貴,Yang Qiu,Sangwon Suh,山末英嗣;坂井一成
  • 通讯作者:
    坂井一成

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