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专利号: 2021106579253
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于神经元激活率的对抗攻击防御方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)获取图像数据集并进行预处理,构建训练集和测试集;

2)利用tfleran中的库函数搭建卷积神经网络:将卷积层、池化层、dropout层和全连接网络进行组合,构建CNN网络结构的分类器模型;

3)构建二分类判别器D,对分类器模型关于输入本x的输出N进行判定;所述的二分类判别器D由全连接层组合而成;二分类判别器D的输入大小与分类器模型的输出大小相同;

4)根据分类器模型和二分类判别器D的损失函数构建整体的损失函数,确定整体优化目标;采用训练集对整体模型进行联合训练,当整体的损失函数收敛时,停止训练并保存模型;

5)输入测试集对训练后的分类器模型进行测试,若分类准确率低于阈值,则修改整体损失函数的λ,按步骤4)再次进行训练,直至分类准确率高于阈值。

2.根据权利要求1所述的基于神经元激活率的对抗攻击防御方法,其特征在于,步骤1)包括:

1.1)下载MNIST、CIFAR‑10和ImageNet数据集,保存图像样本及其对应的类标,样本集合记为X={x1,x2,...,xm},每张图片的类标记为y;

1.2)将数据集按照比例划分为训练集和测试集,对类标y进行one‑hot编码;

1.3)将样本统一尺寸,与待训练的分类器模型输出尺寸相同:MNIST数据集的图像尺寸设置为28×28;CIFAR‑10的图像尺寸设置为32×32×3;ImageNet设置为299×299×3。

3.根据权利要求1所述的基于神经元激活率的对抗攻击防御方法,其特征在于,步骤2)包括:

2.1)利用tfleran中的库函数搭建卷积神经网络:将卷积层、池化层、dropout层和全连接网络进行组合,构建CNN网络结构的分类器模型;

分类器模型的输入层大小与训练集图像大小相同;

2.2)将训练集样本x及其对应类标y输入到分类器模型中进行训练,分类器模型的损失函数定义为:

其中Lmodel表示分类器模型的loss函数;K为训练集的样本总数;CE(·)表示交叉熵函数;i表示样本的索引;

2.3)给定训练完成的分类器模型f(·)和输入样本x,模型未经过全连接网络的激活函数处理的输出为f(x)=N,其中N1={n1,n2,...,nm}为分类器模型的一组神经元,l表示模型的层,n为神经元,m为神经元的索引;记 为第i个神经元对于输入x的激活值;

若满足以下公式,则第i个神经元被激活:神经元激活率h(x)定义如下:

其中N1表示1层的神经元总数。

4.根据权利要求3所述的基于神经元激活率的对抗攻击防御方法,其特征在于,二分类判别器D的损失函数定义如下:

LD=BCE(D(h(x)),B(x))    (4)其中D(·)表示D的输出;B(·)为0或1;BCE表示二分类交叉熵,计算公式为其中 是分类器模型预测样本为正例的概率,y代表真实类标,如果样本属于正例,取值为1,否则为0。

5.根据权利要求4所述的基于神经元激活率的对抗攻击防御方法,其特征在于,整体的损失函数定义为L=Lmodel‑λLD,整体优化目标定义为:其中λ为平衡因子,可人为调节。

6.根据权利要求1所述的基于神经元激活率的对抗攻击防御方法,其特征在于,训练时,同时更新二分类判别器D和分类器模型的参数;学习率设置为0.0001,batchsize设置为

64,优化器选择Adam。