The Troublesome Kernel: On Hallucinations, No Free Lunches, and the Accuracy-Stability Tradeoff in Inverse Problems
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Methods inspired by artificial intelligence (AI) are starting to fundamentally change computational science and engineering through breakthrough performance on challenging problems. However, the reliability and trustworthiness of such techniques is a major concern. In inverse problems in imaging, the focus of this paper, there is increasing empirical evidence that methods may suffer from hallucinations, i.e., false, but realistic-looking artifacts; instability, i.e., sensitivity to perturbations in the data; and unpredictable generalization, i.e., excellent performance on some images, but significant deterioration on others. This paper provides a theoretical foundation for these phenomena. We give mathematical explanations for how and when such effects arise in arbitrary reconstruction methods, with several of our results taking the form of “no free lunch” theorems. Specifically, we show that (i) methods that overperform on a single image can wrongly transfer details from one image to another, creating a hallucination; (ii) methods that overperform on two or more images can hallucinate or be unstable; (iii) optimizing the accuracy-stability tradeoff is generally difficult; (iv) hallucinations and instabilities, if they occur, are not rare events and may be encouraged by standard training; and (v) it may be impossible to construct optimal reconstruction maps for certain problems. Our results trace these effects to the kernel of the forward operator whenever it is nontrivial, but also apply to the case when the forward operator is ill-conditioned. Based on these insights, our work aims to spur research into new ways to develop robust and reliable AI-based methods for inverse problems in imaging.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,062 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,013 |
| Communication savante | 0,003 | 0,009 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,005 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,004 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».