构建 BNN：一种从预训练模型中估计贝叶斯不确定性的简单策略

Dec, 2023

构建 BNN：一种从预训练模型中估计贝叶斯不确定性的简单策略

Make Me a BNN: A Simple Strategy for Estimating Bayesian Uncertainty from Pre-trained Models

Gianni Franchi, Olivier Laurent, Maxence Leguéry, Andrei Bursuc, Andrea Pilzer...

TL;DR深度神经网络（DNN）是各种计算机视觉任务的强大工具，但它们经常在可靠的不确定性量化方面遇到困难 - 这是实际应用的关键要求。贝叶斯神经网络（BNN）能够进行不确定性估计，但无法扩展到高度不稳定的大型 DNNs，这些 DNNs 难以训练。为了解决这个挑战，我们引入了适应性贝叶斯神经网络（ABNN），这是一种简单且可扩展的策略，可以在后期以最小的计算和训练开销的方式将 DNNs 无缝转换为 BNNs。ABNN 通过简单的 BNN 适应层（附加到归一化层）和对预训练模型进行少量微调步骤，保留了 DNNs 的主要预测性能，并增强了它们的不确定性量化能力。我们在多个图像分类和语义分割任务的数据集上进行了大量实验证明，ABNN 在不需要集成方法通常需要的计算预算的情况下实现了最先进的性能。

Abstract

deep neural networks (DNNs) are powerful tools for various computer vision tasks, yet they often struggle with reliable uncertainty quantification - a critical requirement for real-world applications.

deep neural networks uncertainty quantification bayesian neural networks adaptable bayesian neural network image classification

发现论文，激发创造

贝叶斯神经网络的模型架构调整

本文提出一种新颖的网络架构搜索 (NAS) 方法，用于优化 Bayesian 神经网络（BNN）的精度和不确定性，同时减少推理延迟。与传统的 NAS 不同，该方法使用来自内部和外部分布的数据搜索模型的不确定性性能，从而可以在网络中搜索贝叶斯层的正确位置，并且相对于流行的 BNN 基线，使用的运行时仅为其一小部分，将推理运行时成本分别与 MCDropout 和 deep ensemble 相比在 CIFAR10 数据集上分别降低了 2.98 倍和 2.92 倍。

Feb, 2022

通过贝叶斯学习深度神经网络结构来度量不确定性

这篇研究论文探究了一种新型的贝叶斯深度学习，通过在网络结构上执行贝叶斯推断来加强深度网络的不确定性估计，并提出了一种有效的随机变分推断方法，以统一网络结构和权重的学习。

Nov, 2019

贝叶斯神经网络：简介和调查

本研究介绍贝叶斯神经网络的实现方法，比较不同的近似推理方法，探讨如何在当前方法的基础上改进未来研究。

Jun, 2020

使用深度集成实现简单且可扩展的预测不确定性估计

本研究提出了一种替代贝叶斯 NN 的简单实现方法，其能够产生高质量的预测不确定性估计，并在分类和回归数据集上进行了实验以证明这一点。此外，研究还评估了在已知和未知数据分布下的预测不确定性，并证明该方法能够在超出分布的样本上表现出更高的不确定性，同时在 ImageNet 上证明了该方法的可扩展性。

Dec, 2016

通过附件捕捉更多的不确定性来进行贝叶斯推理

基于贝叶斯神经网络的附加结构（ABNN）用于从新颖数据中提取不确定性，通过集成来自内部和外部数据的不确定性来改善性能，并通过理论分析和实验证实其优越性。

Oct, 2023

贝叶斯神经网络初识：评述与争议

神经网络在各个问题领域取得了显著的表现，但其普适性受到其内在限制的阻碍，如预测上的过度自信、解释能力的欠缺和对对抗攻击的易受攻击性等。为了解决这些挑战，贝叶斯神经网络（BNNs）已成为传统神经网络的引人注目的扩展，在预测能力中整合了不确定性估计。本文系统地介绍了神经网络和贝叶斯推理的基本概念，阐明了它们对 BNNs 的协同集成的发展。目标受众包括具有贝叶斯方法背景但缺乏深度学习专业知识的统计学家，以及具有有限贝叶斯统计知识但精通深度神经网络的机器学习专家。我们概述了常用的先验知识，分析了它们对模型行为和性能的影响。此外，我们还深入探讨了在 BNN 研究领域内的先进主题，承认了不断进行的辩论和争议。通过提供对前沿发展的深入洞察，本文不仅为研究人员和实践者提供了 BNNs 方面的坚实基础，还展示了该动态领域的潜在应用。作为宝贵的资源，它促进对 BNNs 及其前景的理解，推动知识和创新的进一步发展。

Sep, 2023

模型和参数不确定性下的贝叶斯神经网络变分推断

本研究旨在利用模型不确定性作为 BNN 结构学习的框架，提出了可与模型空间约束结合的可扩展变分推理方法，试图在模型和参数的联合空间中进行推理，进而实现结构和参数不确定性的组合，并在基准数据集上进行了实验，表明使方法比普通 Bayesian neural networks 更加稀疏，但得到了与竞争模型相当的精度结果。

May, 2023

基于可验证对抗性鲁棒性的贝叶斯推断

通过贝叶斯学习的视角考虑深度神经网络的对抗训练，并提出了一种具有可证明保证的贝叶斯神经网络（BNN）的对抗训练的原则性框架。该方法可在 MNIST、FashionMNIST 和 CIFAR-10 上训练出可证明鲁棒性的模型，并用于不确定性校准。这是第一次直接训练可证明的 BNN，可促进在安全关键应用中的部署。

Feb, 2021

Adv-BNN: 基于鲁棒性贝叶斯神经网络的改进对抗防御

提出了一种新算法，使用贝叶斯神经网络模型和模型分布的学习来训练神经网络以提高其对抗攻击的鲁棒性，在实验中取得了最先进的效果。

Oct, 2018

攻击贝叶斯：贝叶斯神经网络的对抗鲁棒性

贝叶斯神经网络并不具备固有的对抗攻击鲁棒性，而近期的研究表明对抗性样本导致神经网络在各种视觉和语言任务上失效。该研究通过研究三个任务的对抗鲁棒性来验证贝叶斯神经网络的鲁棒性，结果表明即使使用相对不复杂的攻击方法，使用最先进的近似推断方法和哈密頓蒙特卡洛方法训练的贝叶斯神经网络仍然容易受到对抗攻击，并揭示了之前声称贝叶斯神经网络具备固有对抗鲁棒性的研究中存在的概念和实验错误。

Apr, 2024