How can geostatistics help us understand deep learning? An exploratory study in SAR-based aircraft detection
Notice bibliographique
Résumé
Deep Neural Networks (DNNs) have garnered significant attention across various research domains due to their impressive performance, particularly Convolutional Neural Networks (CNNs), known for their exceptional accuracy in image processing tasks. However, the opaque nature of DNNs has raised concerns about their trustworthiness, as users often cannot understand how the model arrives at its predictions or decisions. This lack of transparency is particularly problematic in critical fields such as healthcare, finance, and law, where the stakes are high. Consequently, there has been a surge in the development of explanation methods for DNNs. Typically, the effectiveness of these methods is assessed subjectively via human observation on the heatmaps or attribution maps generated by eXplanation AI (XAI) methods. In this paper, a novel GeoStatistics Explainable Artificial Intelligence (GSEAI) framework is proposed, which integrates spatial pattern analysis from Geostatistics with XAI algorithms to assess and compare XAI understandability. Global and local Moran’s I indices, commonly used to assess the spatial autocorrelation of geographic data, assist in comprehending the spatial distribution patterns of attribution maps produced by the XAI method, through measuring the levels of aggregation or dispersion. Interpreting and analyzing attribution maps by Moran’s I scattergram and LISA clustering maps provide an accurate global objective quantitative assessment of the spatial distribution of feature attribution and achieves a more understandable local interpretation. In this paper, we conduct experiments on aircraft detection in SAR images based on the widely used YOLOv5 network, and evaluate four mainstream XAI methods quantitatively and qualitatively. By using GSEAI to perform explanation analysis of the given DNN, we could gain more insights about the behavior of the network, to enhance the trustworthiness of DNN applications. To the best of our knowledge, this is the first time XAI has been integrated with geostatistical algorithms in SAR domain knowledge, which expands the analytical approaches of XAI and also promotes the development of XAI within SAR image analytics.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,005 | 0,020 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,004 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».