Debugging and Runtime Analysis of Neural Networks with VLMs (A Case Study)
Notice bibliographique
Résumé
Debugging of Deep Neural Networks (DNNs), particularly vision models, is very challenging due to the complex and opaque decision-making processes in these networks. In this paper, we explore multi-modal Vision-Language Models (VLMs), such as CLIP, to automatically interpret the opaque representation space of vision models using natural language. This in turn, enables a semantic analysis of model behavior using human-understandable concepts, without requiring costly human annotations. Key to our approach is the notion of semantic heatmap, that succinctly captures the statistical properties of DNNs in terms of the concepts discovered with the VLM and that are computed off-line using a held-out data set. We show the utility of semantic heatmaps for fault localization - an essential step in debugging - in vision models. Our proposed technique helps localize the fault in the network (encoder vs head) and also highlights the responsible high-level concepts, by leveraging novel differential heatmaps, which summarize the semantic differences between the correct and incorrect behaviour of the analyzed DNN. We further propose a lightweight runtime analysis to detect and filter-out defects at runtime, thus improving the reliability of the analyzed DNNs. The runtime analysis works by measuring and comparing the similarity between the heatmap computed for a new (unseen) input and the heatmaps computed a-priori for correct vs incorrect DNN behavior. We consider two types of defects: misclassifications and vulnerabilities to adversarial attacks. We demonstrate the debugging and runtime analysis on a case study involving a complex ResNet-based classifier trained on the RIVAL10 dataset.
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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 | 0,002 | 0,016 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».