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Enregistrement W7133027813

Interpretable and Constrained Machine Learning via Combinatorial Optimization

2025· dissertation· W7133027813 sur OpenAlexaff
Pouya Shati

Notice bibliographique

RevueTSpace · 2025
Typedissertation
Langue
DomaineComputer Science
ThématiqueExplainable Artificial Intelligence (XAI)
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDomain (mathematical analysis)Variety (cybernetics)Transformative learningInstance-based learningComputational learning theoryDomain knowledgeDeep learning
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Recent transformative advances in machine and deep learning have enabled the recognition of complex patterns from vast data, with or without human supervision. These advances have catalyzed the application of machine learning techniques to a diversity of problem settings, from healthcare to robotics. Unfortunately, sophisticated machine learning techniques can result in the construction of domain models that are challenging for humans to understand and in which it is difficult to enforce user-specified constraints. This lack of interpretability, as well as the inability to impose further constraints, has become a major obstacle to human trust in machine learning models and a challenge to the broad adoption of machine learning-based systems. While one of the goals of artificial intelligence is, arguably, to extend its reasoning beyond the cognitive capabilities of humankind, such a pursuit should not disregard human-compatibility. Interpretable machine learning aims to develop human-understandable models and to explain so-called black-box models. Constrained machine learning addresses the problem by enforcing expert knowledge and formal requirements on solutions. In this dissertation we introduce methods to produce machine learning models/artifacts that are interpretable and amenable to human-specified constraints. We do so through the exploitation of techniques for solving combinatorial optimization problems. In particular, we propose novel formulations to learn inherently interpretable models such as decision trees. Our work includes encoding a variety of solution formats and objectives. We further propose frameworks and encodings for the integration of constraints during or after training. We show that our approaches successfully produce high-quality interpretable and constrained solutions in short runtimes, solving new problems and improving the state of the art in others. Our collective work shows that interpretability does not necessarily come at the expense of quality and, in fact, sometimes improves it. Utilizing constraints can also improve accuracy despite reducing the space of feasible solutions. Lastly, we discuss how the work presented in this dissertation can be extended in several interesting directions and inspire new approaches for using combinatorial optimization problems in machine learning.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,932
Score d'incertitude au seuil0,999

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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 Opus0,015
Tête enseignante GPT0,305
Écart entre enseignants0,289 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

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

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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