Conformal prediction has shown spurring performance in constructing statistically rigorous prediction sets for arbitrary black-box machine learning models, assuming the data is exchangeable. However, even small adversarial perturbations during the inference can violate the exchangeability assumption, challenge the coverage guarantees, and result in a subsequent decline in empirical coverage. In this work, we propose a certifiably robust learning-reasoning conformal prediction framework (COLEP) via probabilistic circuits, which comprise a data-driven learning component that trains statistical models to learn different semantic concepts, and a reasoning component that encodes knowledge and characterizes the relationships among the trained models for logic reasoning. To achieve exact and efficient reasoning, we employ probabilistic circuits (PCs) within the reasoning component. Theoretically, we provide end-to-end certification of prediction coverage for COLEP in the presence of bounded adversarial perturbations. We also provide certified coverage considering the finite size of the calibration set. Furthermore, we prove that COLEP achieves higher prediction coverage and accuracy over a single model as long as the utilities of knowledge models are non-trivial. Empirically, we show the validity and tightness of our certified coverage, demonstrating the robust conformal prediction of COLEP on various datasets, including GTSRB, CIFAR10, and AwA2. We show that COLEP achieves up to 12% improvement in certified coverage on GTSRB, 9% on CIFAR-10, and 14% on AwA2.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
31+阅读 · 2019年10月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月28日
Arxiv
0+阅读 · 2024年4月25日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员