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Enregistrement W4386136237 · doi:10.1145/3617168

Faire: Repairing Fairness of Neural Networks via Neuron Condition Synthesis

2023· article· en· W4386136237 sur OpenAlexafffund
Tianlin Li, Xiaofei Xie, Jian Wang, Qing Guo, Aishan Liu, Lei Ma, Yang Liu

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Software Engineering and Methodology · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAdversarial Robustness in Machine Learning
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaNational Research FoundationBộ Giáo dục và Ðào tạoMinistry of Education - SingaporeNational Research Foundation SingaporeCanadian Institute for Advanced Research
Mots-clésComputer scienceDeep neural networksRetrainingRobustness (evolution)Overhead (engineering)TrustworthinessArtificial intelligenceMachine learningArtificial neural networkComputer securityProgramming language

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Deep Neural Networks (DNNs) have achieved tremendous success in many applications, while it has been demonstrated that DNNs can exhibit some undesirable behaviors on concerns such as robustness, privacy, and other trustworthiness issues. Among them, fairness (i.e., non-discrimination) is one important property, especially when they are applied to some sensitive applications (e.g., finance and employment). However, DNNs easily learn spurious correlations between protected attributes (e.g., age, gender, race) and the classification task and develop discriminatory behaviors if the training data is imbalanced. Such discriminatory decisions in sensitive applications would introduce severe social impacts. To expose potential discrimination problems in DNNs before putting them in use, some testing techniques have been proposed to identify the discriminatory instances (i.e., instances that show defined discrimination 1 ). However, how to repair DNNs after detecting such discrimination is still challenging. Existing techniques mainly rely on retraining on a large number of discriminatory instances generated by testing methods, which requires huge time overhead and makes the repairing inefficient. In this work, we propose the method Faire to effectively and efficiently repair the fairness issues of DNNs, without using additional data (e.g., discriminatory instances). Our basic idea is inspired by the traditional program repair method that synthesizes proper condition checking. To repair traditional programs, a typical method is to localize the program defects and repair the program logic by adding condition checking. Similarly, for DNNs, we try to understand the unfair logic and reformulate it with well-designed condition checking. In this article, we synthesize the condition that can reduce the effect of features relevant to the protected attributes in the DNN. Specifically, we first perform the neuron-based analysis and check the functionalities of neurons to identify neurons whose outputs could be regarded as features relevant to protected attributes and original tasks. Then a new condition layer is added after each hidden layer to penalize neurons that are accountable for the protected features (i.e., intermediate features relevant to protected attributes) and promote neurons that are accountable for the non-protected features (i.e., intermediate features relevant to original tasks). In sum, the repair rate 2 of Faire reaches up to more than 99%, which outperforms other methods, and the whole repairing process only takes no more than 340 s. The evaluation results demonstrate that our approach can effectively and efficiently repair the individual discriminatory instances of the target model.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,013
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,013
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,000

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.

Tête enseignante Opus0,048
Tête enseignante GPT0,300
Écart entre enseignants0,252 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations14
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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