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P2 Can Hessian-Based Insights Support Fault Diagnosis in Attention-based Models?

基于 Hessian 的洞见能否支持注意力模型中的故障诊断?
FSE Proceedings of the 33rd ACM International Conference on the Foundations of Software Engineering2025匹配度 3/10 · 论文关注注意力模型的故障诊断与调试,与机器学习系统可靠性略有交集;但它基于 Hessian 曲率做实证分析,不涉及用户核心的静态程序分析、Agentic/LLM 程序、浮点程序分析或贝叶斯程序分析。引用 0 inbox
Sigma Jahan, Mohammad Masudur Rahman
crossref: 2026-09-12

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一句话:实证表明 Hessian 曲率与参数交互分析能比梯度更有效地定位注意力模型的不稳定区域与故障源。

随着基于注意力机制的深度学习模型在规模与复杂度上不断增长,对其故障进行诊断变得愈发困难。本文开展了一项实证研究,评估基于 Hessian 的分析在注意力模型故障诊断中的潜力。具体而言,作者利用 Hessian 导出的信息来识别脆弱区域(通过曲率分析)以及注意力机制内部的参数相互依赖关系(通过参数交互分析)。研究在三个不同类型的模型(HAN、3D-CNN 与 DistilBERT)上进行实验,结果显示,与仅使用梯度相比,基于 Hessian 的度量能够更有效地定位不稳定区域并 pinpoint 故障来源。这些实证发现表明,此类度量有望显著改善复杂神经架构中的故障诊断,并可能进一步提升软件调试实践的水平。

问题
注意力式深度学习模型规模与复杂度不断增长,其故障定位与诊断日益困难,仅依赖梯度的信息不足以揭示模型中的脆弱区域与故障来源。
方法
对注意力模型进行基于 Hessian 的分析:用曲率分析识别脆弱(不稳定)区域,用参数交互分析刻画参数间的相互依赖关系,并据此定位故障源。
评估
在 HAN、3D-CNN 与 DistilBERT 三个不同模型上开展实证实验,将 Hessian 导出的度量与单纯梯度信息进行对比,观察其在定位不稳定区域与故障来源上的效果。
原文摘要(Abstract)

As attention-based deep learning models scale in size and complexity, diagnosing their faults becomes increasingly challenging. In this work, we conduct an empirical study to evaluate the potential of Hessian-based analysis for diagnosing faults in attention-based models. Specifically, we use Hessian-derived insights to identify fragile regions (via curvature analysis) and parameter interdependencies (via parameter interaction analysis) within attention mechanisms. Through experiments on three diverse models (HAN, 3D-CNN, DistilBERT), we show that Hessian-based metrics can localize instability and pinpoint fault sources more effectively than gradients alone. Our empirical findings suggest that these metrics could significantly improve fault diagnosis in complex neural architectures, potentially improving software debugging practices.

链接与引用

DOI 原文 · PDF(开放获取) ·

BibTeX
@inproceedings{paperbot9066,
  title = {Can Hessian-Based Insights Support Fault Diagnosis in Attention-based Models?},
  author = {Sigma Jahan and Mohammad Masudur Rahman},
  booktitle = {FSE},
  year = {2025},
  doi = {10.1145/3696630.3728522}
}