mindarmour.adv_robustness.evaluations

此模块包括各种指标,用于评估攻击或防御的结果。

class mindarmour.adv_robustness.evaluations.AttackEvaluate(inputs, labels, adv_inputs, adv_preds, targeted=False, target_label=None)[源代码]

攻击方法的评估指标。

参数:

  • inputs (numpy.ndarray) - 原始样本。

  • labels (numpy.ndarray) - 原始样本的one-hot格式标签。

  • adv_inputs (numpy.ndarray) - 从原始样本生成的对抗样本。

  • adv_preds (numpy.ndarray) - 对抗样本的所有输出类的概率。

  • targeted (bool) - 如果为True,则为目标攻击。如果为False,则为无目标攻击。默认值:False。

  • target_label (numpy.ndarray) - 对抗样本的目标类,是大小为adv_inputs.shape[0]的一维。默认值:None。

异常:

  • ValueError - 如果targeted为True时,target_label为None。

样例:

>>> from mindarmour.adv_robustness.evaluations import AttackEvaluate
>>> x = np.random.normal(size=(3, 512, 512, 3))
>>> adv_x = np.random.normal(size=(3, 512, 512, 3))
>>> y = np.array([[0.1, 0.1, 0.2, 0.6],
...               [0.1, 0.7, 0.0, 0.2],
...               [0.8, 0.1, 0.0, 0.1]])
>>> adv_y = np.array([[0.1, 0.1, 0.2, 0.6],
...                   [0.1, 0.0, 0.8, 0.1],
...                   [0.0, 0.9, 0.1, 0.0]])
>>> attack_eval = AttackEvaluate(x, y, adv_x, adv_y)
>>> mr = attack_eval.mis_classification_rate()
>>> acac = attack_eval.avg_conf_adv_class()
>>> l_0, l_2, l_inf = attack_eval.avg_lp_distance()
>>> ass = attack_eval.avg_ssim()
>>> nte = attack_eval.nte()
>>> actc = attack_eval.avg_conf_true_class()
avg_conf_adv_class()[源代码]

计算对抗类的平均置信度(ACAC)。

返回:

  • float - 范围在(0,1)之间。值越高,攻击就越成功。

avg_conf_true_class()[源代码]

计算真类的平均置信度(ACTC)。

返回:

  • float - 范围在(0,1)之间。值越低,攻击就越成功。

avg_lp_distance()[源代码]

计算平均lp距离(lp-dist)。

返回:

  • float - 返回所有成功对抗样本的平均’l0’、’l2’或’linf’距离,返回值包括以下情况。 如果返回值 \(>=\) 0,则为平均lp距离。值越低,攻击就越成功。 如果返回值为-1,则没有成功的对抗样本。

avg_ssim()[源代码]

计算平均结构相似性(ASS)。

返回:

  • float - 平均结构相似性。 如果返回值在(0,1)之间,则值越高,攻击越成功。 如果返回值为-1,则没有成功的对抗样本。

mis_classification_rate()[源代码]

计算错误分类率(MR)。

返回:

  • float - 范围在(0,1)之间。值越高,攻击就越成功。

nte()[源代码]

计算噪声容量估计(NTE)。

参考文献:Towards Imperceptible and Robust Adversarial Example Attacks against Neural Networks

返回:

  • float - 范围在(0,1)之间。值越高,攻击就越成功。

class mindarmour.adv_robustness.evaluations.BlackDefenseEvaluate(raw_preds, def_preds, raw_query_counts, def_query_counts, raw_query_time, def_query_time, def_detection_counts, true_labels, max_queries)[源代码]

反黑盒防御方法的评估指标。

参数:

  • raw_preds (numpy.ndarray) - 预测原始模型上某些样本的结果。

  • def_preds (numpy.ndarray) - 预测防御模型上某些样本的结果。

  • raw_query_counts (numpy.ndarray) - 在原始模型上生成对抗样本的查询数,原始模型是大小为raw_preds.shape[0]的一维。对于良性样本,查询计数必须设置为0。

  • def_query_counts (numpy.ndarray) - 在防御模型上生成对抗样本的查询数,原始模型是大小为raw_preds.shape[0]的一维。对于良性样本,查询计数必须设置为0。

  • raw_query_time (numpy.ndarray) - 在原始模型上生成对抗样本的总持续时间,该样本是大小为raw_preds.shape[0]的一维。

  • def_query_time (numpy.ndarray) - 在防御模型上生成对抗样本的总持续时间,该样本是大小为raw_preds.shape[0]的一维。

  • def_detection_counts (numpy.ndarray) - 每次对抗样本生成期间检测到的查询总数,大小为raw_preds.shape[0]的一维。对于良性样本,如果查询被识别为可疑,则将def_detection_counts设置为1,否则将其设置为0。

  • true_labels (numpy.ndarray) - 大小为raw_preds.shape[0]的一维真标签。

  • max_queries (int) - 攻击预算,最大查询数。

样例:

>>> from mindarmour.adv_robustness.evaluations import BlackDefenseEvaluate
>>> raw_preds = np.array([[0.1, 0.1, 0.2, 0.6],
...                       [0.1, 0.7, 0.0, 0.2],
...                       [0.8, 0.1, 0.0, 0.1]])
>>> def_preds = np.array([[0.1, 0.1, 0.1, 0.7],
...                       [0.1, 0.6, 0.2, 0.1],
...                       [0.1, 0.2, 0.1, 0.6]])
>>> raw_query_counts = np.array([0,20,10])
>>> def_query_counts = np.array([0,50,60])
>>> raw_query_time = np.array([0.1, 2, 1])
>>> def_query_time = np.array([0.2, 6, 5])
>>> def_detection_counts = np.array([1, 5, 10])
>>> true_labels = np.array([3, 1, 0])
>>> max_queries = 100
>>> def_eval = BlackDefenseEvaluate(raw_preds,
...                             def_preds,
...                             raw_query_counts,
...                             def_query_counts,
...                             raw_query_time,
...                             def_query_time,
...                             def_detection_counts,
...                             true_labels,
...                             max_queries)
>>> qcv = def_eval.qcv()
>>> asv = def_eval.asv()
>>> fpr = def_eval.fpr()
>>> qrv = def_eval.qrv()
asv()[源代码]

计算攻击成功率方差(ASV)。

返回:

  • float - 值越低,防守就越强。如果num_adv_samples=0,则返回-1。

fpr()[源代码]

计算基于查询的检测器的假正率(FPR)。

返回:

  • float - 值越低,防御的可用性越高。如果num_adv_samples=0,则返回-1。

qcv()[源代码]

计算查询计数方差(QCV)。

返回:

  • float - 值越高,防守就越强。如果num_adv_samples=0,则返回-1。

qrv()[源代码]

计算良性查询响应时间方差(QRV)。

返回:

  • float - 值越低,防御的可用性越高。如果num_adv_samples=0,则返回-1。

class mindarmour.adv_robustness.evaluations.DefenseEvaluate(raw_preds, def_preds, true_labels)[源代码]

防御方法的评估指标。

参数:

  • raw_preds (numpy.ndarray) - 原始模型上某些样本的预测结果。

  • def_preds (numpy.ndarray) - 防御模型上某些样本的预测结果。

  • true_labels (numpy.ndarray) - 样本的ground-truth标签,一个大小为ground-truth的一维数组。

样例:

>>> from mindarmour.adv_robustness.evaluations import DefenseEvaluate
>>> raw_preds = np.array([[0.1, 0.1, 0.2, 0.6],
...                       [0.1, 0.7, 0.0, 0.2],
...                       [0.8, 0.1, 0.0, 0.1]])
>>> def_preds = np.array([[0.1, 0.1, 0.1, 0.7],
...                       [0.1, 0.6, 0.2, 0.1],
...                       [0.1, 0.2, 0.1, 0.6]])
>>> true_labels = np.array([3, 1, 0])
>>> def_eval = DefenseEvaluate(raw_preds,
...                            def_preds,
...                            true_labels)
>>> cav = def_eval.cav()
>>> crr = def_eval.crr()
>>> csr = def_eval.csr()
>>> ccv = def_eval.ccv()
>>> cos = def_eval.cos()
cav()[源代码]

计算分类精度方差(CAV)。

返回:

  • float - 值越高,防守就越成功。

ccv()[源代码]

计算分类置信度方差(CCV)。

返回:

  • float - 值越低,防守就越成功。如果返回值== -1,则说明样本数量为0。

cos()[源代码]

参考文献:Calculate classification output stability (COS)

返回:

  • float - 如果返回值>=0,则是有效的防御。值越低,防守越成功。如果返回值== -1, 则说明样本数量为0。

crr()[源代码]

计算分类校正率(CRR)。

返回:

  • float - 值越高,防守就越成功。

csr()[源代码]

计算分类牺牲比(CSR),越低越好。

返回:

  • float - 值越低,防守就越成功。

class mindarmour.adv_robustness.evaluations.RadarMetric(metrics_name, metrics_data, labels, title, scale='hide')[源代码]

雷达图,通过多个指标显示模型的鲁棒性。

参数:

  • metrics_name (Union[tuple, list]) - 要显示的度量名称数组。每组值对应一条雷达曲线。

  • metrics_data (numpy.ndarray) - 多个雷达曲线的每个度量的(归一化)值,如[[0.5, 0.8, …], [0.2,0.6,…], …]。

  • labels (Union[tuple, list]) - 所有雷达曲线的图例。

  • title (str) - 图表的标题。

  • scale (str) - 用于调整轴刻度的标量,如’hide’、’norm’、’sparse’、’dense’。默认值:’hide’。

异常:

  • ValueError - scale值不在[‘hide’, ‘norm’, ‘sparse’, ‘dense’]中。

样例:

>>> from mindarmour.adv_robustness.evaluations import RadarMetric
>>> metrics_name = ['MR', 'ACAC', 'ASS', 'NTE', 'ACTC']
>>> def_metrics = [0.9, 0.85, 0.6, 0.7, 0.8]
>>> raw_metrics = [0.5, 0.3, 0.55, 0.65, 0.7]
>>> metrics_data = np.array([def_metrics, raw_metrics])
>>> metrics_labels = ['before', 'after']
>>> rm = RadarMetric(metrics_name,
...                  metrics_data,
...                  metrics_labels,
...                  title='',
...                  scale='sparse')
>>> #rm.show()
show()[源代码]

显示雷达图。