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Enregistrement W4414348545 · doi:10.1109/tse.2025.3611329

DiffGAN: A Test Generation Approach for Differential Testing of Deep Neural Networks for Image Analysis

2025· article· en· W4414348545 sur OpenAlexafffund
Zohreh Aghababaeyan, Manel Abdellatif, Lionel Briand

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Software Engineering · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueImage Processing and 3D Reconstruction
Établissements canadiensÉcole de Technologie SupérieureUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaScience Foundation IrelandGeneral Motors Corporation
Mots-clésArtificial neural networkImage (mathematics)Pattern recognition (psychology)Test (biology)Image processingDifferential (mechanical device)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Deep Neural Networks (DNNs) are increasingly deployed across a wide range of applications, from image classification to autonomous driving. However, ensuring their reliability remains a challenge, and in many situations, alternative models with similar functionality and accuracy levels are available. Traditional accuracy-based evaluations often fail to capture behavioral differences between such models, particularly when testing datasets are limited, making it challenging to select or optimally combine models. Differential testing addresses this limitation by generating test inputs that expose discrepancies in the behavior of DNN models. However, existing differential testing approaches face significant limitations: many rely on access to model internals or are constrained by the availability of seed inputs, limiting their generalizability and effectiveness. In response to these challenges, we proposeDiffGAN, a black-box test generation approach for differential testing of DNN models. Our approach, though adaptable to other domains, is specific to DNN models for image classification tasks, a highly prevalent application area. Our method relies on a Generative Adversarial Network (GAN) and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) to generate diverse and valid triggering inputs that effectively reveal behavioral discrepancies between models. Our method employs two custom fitness functions, one focused on diversity and the other on divergence, to guide the exploration of the GAN input space and identify discrepancies between the models’ outputs. By strategically searching the GAN input space, we show thatDiffGANcan effectively generate inputs with specific features that trigger differences in behavior for the models under test. Unlike traditional white-box methods,DiffGANdoes not require access to the internal structure of the models, which makes it applicable to a wider range of situations. We evaluateDiffGANon a benchmark comprising eight pairs of DNN models trained on two widely used image classification datasets. Our results demonstrate thatDiffGANsignificantly outperforms a state-of-the-art (SOTA) baseline, generating four times more triggering inputs, with higher diversity and validity, within the same testing budget. Furthermore, we show that the generated input can be used to improve the accuracy of a machine learning-based model selection mechanism, which dynamically selects the best-performing model based on input characteristics and can thus be used as a smart model output voting mechanism when using alternative models together.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,015
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,029

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,015
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0040,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0090,001

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.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,222
Écart entre enseignants0,210 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentnon

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