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Provably-Safe Neural Network Training Using Hybrid Zonotope Reachability Analysis

Created by
  • Haebom

作者

Long Kiu Chung, Shreyas Kousik

概要

本論文は、安全性が重要な制御アプリケーションにおけるニューラルネットワークの出力に対する制約を強化する困難を解決するために、非凸不安定領域を回避するためにReLU非線形性を有するニューラルネットワークの非凸入力セットの正確な画像を導くニューラルネットワークトレーニング方法を提案する。これは、混合整数線形計画法(MILP)による微分可能な衝突検査を可能にする拡張ハイブリッドゾノトープ集合表現を用いた到達可能性分析によって達成される。最大240のニューロンを持つネットワークに対して効果的で高速であることが証明されており、計算の複雑さは、ニューロンの数と入力と不安全な集合の複雑さに応じて線形にサイズ変更された行列の逆演算によって支配されています。非凸入力集合を有するアフィン動力学システムのための順方向不変ニューラルネットワークコントローラを訓練し、ブラックボックス動力学システムに対する安全な到達回避計画を生成する実用性を示す。

Takeaways、Limitations

Takeaways:非凸不安定領域を避けるニューラルネットワークの訓練のための効果的で速い方法を提供する。最大240のニューロンのネットワークで効果を実証。アフィン動力学システムとブラックボックスシステムの安全な制御と計画生成の可能性を確認します。拡張ハイブリッドゾノトープを用いた微分可能衝突検査による効率的な到達可能性分析の実行
Limitations: 240を超えるニューロンを持つネットワークのパフォーマンス検証が必要です。計算の複雑さがニューロンの数と入力/不安全な集合の複雑さに線形的に比例するため、大規模なネットワークや複雑な集合のスケーラビリティ限界が存在する可能性。様々なタイプの非線形性を持つニューラルネットワークの一般化可能性の検討が必要
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