利用pytorch实现Fooling Images(添加特定噪声到原始图像,使神经网络误识别)

简介: It suggests that it is the space, rather than the individual units, that contains the semantic information in the high layers of neural networks. 在深层的神经网络中,真正影响特征信息的,不是个体单元,而是空间信息。

It suggests that it is the space, rather than the individual units, that contains the semantic information in the high layers of neural networks.
在深层的神经网络中,真正影响特征信息的,不是个体单元,而是空间信息。
we find that deep neural networks learn input-output mappings that are fairly discontinuous to a significant extent.
神经网络对输入图像的分析是不连续的,所以通过这个特点可以在原始图像上加上一种特定噪声来实现误导
These results suggest that the deep neural networks that are learned by backpropagation have nonintuitive characteristics and intrinsic blind spots, whose structure is connected to the data distribution in a non-obvious way.
这些分析中可以得到深度学习网络通过反向传播学习到的数据拥有非直接的特性,还有一些固有的盲点,这些数据的结构与数据的分布有着隐秘的关系。

Fooling Images

fooling images,顾名思义,就是指一张图片,虽然上面通过肉眼看到的是松鼠(举个例子),但是因为这张图片加了一些特定的噪声,所以神经网络会将它误识别为其他物体。

理论基础

这里写图片描述

下面程序定义了一个生成fooling image 的函数。

def make_fooling_image(X, target_y, model):
    """
    生成一个与输入图像X类似的fooling image, 但是这个image会被分类成target_y.

    Inputs:
    - X: Input image; Tensor of shape (1, 3, 224, 224)
    - target_y: An integer in the range [0, 1000)
    - model: A pretrained CNN

    Returns:
    - X_fooling: An image that is close to X, but that is classifed as target_y
    by the model.
    """
    # Initialize our fooling image to the input image, and wrap it in a Variable.
    X_fooling = X.clone()
    X_fooling_var = Variable(X_fooling, requires_grad=True)

    learning_rate = 0.8
    ##############################################################################
    # TODO: Generate a fooling image X_fooling that the model will classify as   #
    # the class target_y. You should perform gradient ascent on the score of the #
    # target class, stopping when the model is fooled.  
    # 通过对目标分类的梯度更新直到该图像被模型误分为target_y
    # When computing an update step, first normalize the gradient:               #
    #   dX = learning_rate * g / ||g||_2                                         #
    #                                                                            #
    # You should write a training loop.                                          #
    #                                                                            #
    # HINT: For most examples, you should be able to generate a fooling image    #
    # in fewer than 100 iterations of gradient ascent.                           #
    # You can print your progress over iterations to check your algorithm.       #
    ##############################################################################
     for i in range(100):

            # 前向操作
            scores = model(X_fooling_var)
    #         print(scores)

            # Current max index.
            _, index = scores.data.max(dim=1)
            print(index)

            # 当成功fool的时候break.
            if index[0] == target_y:
                break

            # Score for the target class.
            target_score = scores[0,target_y]

            # Backward.
            target_score.backward()

            # Gradient for image.
            im_grad = X_fooling_var.grad.data

            # 通过正则化的梯度对所输入图像进行更新.
            X_fooling_var.data += learning_rate * (im_grad / im_grad.norm()) 

            # 梯度更新清零,否则梯度会进行累积.
            X_fooling_var.grad.data.zero_()

    return X_fooling

接下来运行函数来生成fooling image,具体信息通过上下文来观察。

idx = 0
target_y = 6

X_tensor = torch.cat([preprocess(Image.fromarray(x)) for x in X], dim=0)
X_fooling = make_fooling_image(X_tensor[idx:idx+1], target_y, model)

scores = model(Variable(X_fooling))
# print(target_y)
# print(scores.data.max(dim=1)[1])
assert target_y == scores.data.max(dim=1)[1][0], 'The model is not fooled!'

展示fooling image与识别结果

X_fooling_np = deprocess(X_fooling.clone())
X_fooling_np = np.asarray(X_fooling_np).astype(np.uint8)

plt.subplot(1, 4, 1)
plt.imshow(X[idx])
plt.title(class_names[y[idx]])
plt.axis('off')

plt.subplot(1, 4, 2)
plt.imshow(X_fooling_np)
plt.title(class_names[target_y])
plt.axis('off')

plt.subplot(1, 4, 3)
X_pre = preprocess(Image.fromarray(X[idx]))
diff = np.asarray(deprocess(X_fooling - X_pre, should_rescale=False))
plt.imshow(diff)
plt.title('Difference')
plt.axis('off')

plt.subplot(1, 4, 4)
diff = np.asarray(deprocess(10 * (X_fooling - X_pre), should_rescale=False))
plt.imshow(diff)
plt.title('Magnified difference (10x)')
plt.axis('off')

plt.gcf().set_size_inches(12, 5)
plt.show()

这里写图片描述

可以看出,hay图像被误识别为stinggray,而这两个图片的区别通过放大可以观察出random噪声。

参考资料:
Szegedy et al, “Intriguing properties of neural networks”, ICLR 2014
cs231n

目录
相关文章
|
15天前
|
机器学习/深度学习 算法 PyTorch
基于Pytorch Gemotric在昇腾上实现GraphSage图神经网络
本文详细介绍了如何在昇腾平台上使用PyTorch实现GraphSage算法,在CiteSeer数据集上进行图神经网络的分类训练。内容涵盖GraphSage的创新点、算法原理、网络架构及实战代码分析,通过采样和聚合方法高效处理大规模图数据。实验结果显示,模型在CiteSeer数据集上的分类准确率达到66.5%。
|
2月前
|
机器学习/深度学习
NeurIPS 2024:标签噪声下图神经网络有了首个综合基准库,还开源
NoisyGL是首个针对标签噪声下图神经网络(GLN)的综合基准库,由浙江大学和阿里巴巴集团的研究人员开发。该基准库旨在解决现有GLN研究中因数据集选择、划分及预处理技术差异导致的缺乏统一标准问题,提供了一个公平、用户友好的平台,支持多维分析,有助于深入理解GLN方法在处理标签噪声时的表现。通过17种代表性方法在8个常用数据集上的广泛实验,NoisyGL揭示了多个关键发现,推动了GLN领域的进步。尽管如此,NoisyGL目前主要适用于同质图,对异质图的支持有限。
42 7
|
2月前
|
机器学习/深度学习 TensorFlow 算法框架/工具
利用Python和TensorFlow构建简单神经网络进行图像分类
利用Python和TensorFlow构建简单神经网络进行图像分类
65 3
|
2月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 自动驾驶
深度学习的奇迹:如何用神经网络识别图像
【10月更文挑战第33天】在这篇文章中,我们将探索深度学习的奇妙世界,特别是卷积神经网络(CNN)在图像识别中的应用。我们将通过一个简单的代码示例,展示如何使用Python和Keras库构建一个能够识别手写数字的神经网络。这不仅是对深度学习概念的直观介绍,也是对技术实践的一次尝试。让我们一起踏上这段探索之旅,看看数据、模型和代码是如何交织在一起,创造出令人惊叹的结果。
40 0
|
4月前
|
机器学习/深度学习
小土堆-pytorch-神经网络-损失函数与反向传播_笔记
在使用损失函数时,关键在于匹配输入和输出形状。例如,在L1Loss中,输入形状中的N代表批量大小。以下是具体示例:对于相同形状的输入和目标张量,L1Loss默认计算差值并求平均;此外,均方误差(MSE)也是常用损失函数。实战中,损失函数用于计算模型输出与真实标签间的差距,并通过反向传播更新模型参数。
|
3月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch API
深度学习入门:卷积神经网络 | CNN概述,图像基础知识,卷积层,池化层(超详解!!!)
深度学习入门:卷积神经网络 | CNN概述,图像基础知识,卷积层,池化层(超详解!!!)
|
4月前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 计算机视觉
用于图像和用于自然语言的神经网络区别
主要区别总结 数据结构:图像数据是二维像素矩阵,具有空间结构;文本数据是一维序列,具有时间结构。 网络架构:图像处理常用CNN,注重局部特征提取;自然语言处理常用RNN/LSTM/Transformer,注重序列和全局依赖。 操作单元:图像处理中的卷积核在空间上操作;自然语言处理中的注意力机制在序列上操作。
32 2
|
5月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch 测试技术
深度学习入门:使用 PyTorch 构建和训练你的第一个神经网络
【8月更文第29天】深度学习是机器学习的一个分支,它利用多层非线性处理单元(即神经网络)来解决复杂的模式识别问题。PyTorch 是一个强大的深度学习框架,它提供了灵活的 API 和动态计算图,非常适合初学者和研究者使用。
60 0
|
7月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch 算法框架/工具
【从零开始学习深度学习】28.卷积神经网络之NiN模型介绍及其Pytorch实现【含完整代码】
【从零开始学习深度学习】28.卷积神经网络之NiN模型介绍及其Pytorch实现【含完整代码】
|
5月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch 算法框架/工具
PyTorch代码实现神经网络
这段代码示例展示了如何在PyTorch中构建一个基础的卷积神经网络(CNN)。该网络包括两个卷积层,分别用于提取图像特征,每个卷积层后跟一个池化层以降低空间维度;之后是三个全连接层,用于分类输出。此结构适用于图像识别任务,并可根据具体应用调整参数与层数。

热门文章

最新文章