論文の概要: Path Analysis for Effective Fault Localization in Deep Neural Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.18987v3
• Date: Fri, 5 Jul 2024 09:36:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-07-09 00:52:08.565235
• Title: Path Analysis for Effective Fault Localization in Deep Neural Networks
• Title（参考訳）: 深部ニューラルネットワークにおける有効故障位置推定のための経路解析
• Authors: Soroush Hashemifar, Saeed Parsa, Akram Kalaee,
• Abstract要約: ディープニューラルネットワーク(DNN)の信頼性は、その複雑さとデータ依存のため、いまだに深刻な懸念である。 本稿では,重要な神経経路を同定し,検証するためのNP-SBFL法を提案する。 NP-SBFL-MGA(NP-SBFL-MGA)の有効性を検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4915744683251149
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Despite deep learning's transformative impact on various domains, the reliability of Deep Neural Networks (DNNs) is still a pressing concern due to their complexity and data dependency. Traditional software fault localization techniques, such as Spectrum-based Fault Localization (SBFL), have been adapted to DNNs with limited success. Existing methods like DeepFault utilize SBFL measures but fail to account for fault propagation across neural pathways, leading to suboptimal fault detection. Addressing this gap, we propose the NP-SBFL method, leveraging Layer-wise Relevance Propagation (LRP) to identify and verify critical neural pathways. Our innovative multi-stage gradient ascent (MGA) technique, an extension of gradient ascent (GA), activates neurons sequentially, enhancing fault detection efficacy. We evaluated the effectiveness of our method, i.e. NP-SBFL-MGA, on two commonly used datasets, MNIST and CIFAR-10, two baselines DeepFault and NP- SBFL-GA, and three suspicious neuron measures, Tarantula, Ochiai, and Barinel. The empirical results showed that NP-SBFL-MGA is statistically more effective than the baselines at identifying suspicious paths and synthesizing adversarial inputs. Particularly, Tarantula on NP-SBFL-MGA had the highest fault detection rate at 96.75%, surpassing DeepFault on Ochiai (89.90%) and NP-SBFL-GA on Ochiai (60.61%). Our approach also yielded results comparable to those of the baselines in synthesizing naturalness inputs, and we found a positive correlation between the coverage of critical paths and the number of failed tests in DNN fault localization.
• Abstract（参考訳）: ディープラーニングのさまざまな領域への変革的影響にもかかわらず、Deep Neural Networks(DNN)の信頼性は、その複雑さとデータ依存のため、依然として厳しい懸念である。 スペクトルベースのフォールトローカライゼーション(SBFL)のような従来のソフトウェアフォールトローカライゼーション技術は、限られた成功を収めたDNNに適応している。 DeepFaultのような既存の手法では、SBFL対策を使用しているが、神経経路を横断する障害の伝播を考慮できないため、最適下障害検出に繋がる。 このギャップに対処するため,重要な神経経路の同定と検証にLRP(Layer-wise Relevance Propagation)を利用するNP-SBFL法を提案する。 我々の革新的な多段階勾配上昇(MGA)技術は、勾配上昇(GA)の拡張であり、連続的にニューロンを活性化し、故障検出の有効性を高める。 NP-SBFL-MGAは,MNISTとCIFAR-10,DeepFaultとNP-SBFL-GAの2つのベースライン,Taratra,Ochiai,Barinelの3つの疑わしいニューロン測定において有効であった。 実験の結果,NP-SBFL-MGAは疑わしい経路の同定や逆入力の合成において,ベースラインよりも統計的に有効であることが示唆された。 特に、NP-SBFL-MGAのタランチュラの断層検出率は96.75%で、オチアイのDeepFault(89.90%)、オチアイのNP-SBFL-GA(60.61%)を上回った。 また,本手法では,自然度入力のベースラインに匹敵する結果が得られ,臨界経路のカバレッジとDNN断層定位におけるテスト失敗数との間に正の相関が認められた。

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