DiffGAN: A Test Generation Approach for Differential Testing of Deep Neural Networks for Image Analysis
Notice bibliographique
Résumé
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.
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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 | 0,004 | 0,015 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,004 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,009 | 0,001 |
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.
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 ».