Graph neural networks (GNNs) are highly effective on a variety of graph-related tasks; however, they lack interpretability and transparency. Current explainability approaches are typically local and treat GNNs as black-boxes. They do not look inside the model, inhibiting human trust in the model and explanations. Motivated by the ability of neurons to detect high-level semantic concepts in vision models, we perform a novel analysis on the behaviour of individual GNN neurons to answer questions about GNN interpretability, and propose new metrics for evaluating the interpretability of GNN neurons. We propose a novel approach for producing global explanations for GNNs using neuron-level concepts to enable practitioners to have a high-level view of the model. Specifically, (i) to the best of our knowledge, this is the first work which shows that GNN neurons act as concept detectors and have strong alignment with concepts formulated as logical compositions of node degree and neighbourhood properties; (ii) we quantitatively assess the importance of detected concepts, and identify a trade-off between training duration and neuron-level interpretability; (iii) we demonstrate that our global explainability approach has advantages over the current state-of-the-art -- we can disentangle the explanation into individual interpretable concepts backed by logical descriptions, which reduces potential for bias and improves user-friendliness.


翻译:图神经网络(GNN)在多种图相关任务中表现出色,但其可解释性与透明度不足。现有解释方法通常局限于局部视角,将GNN视为黑箱模型,未能深入模型内部结构,这削弱了人类对模型及其解释结果的信任。受视觉模型中神经元可检测高层语义概念的启发,我们对单个GNN神经元的行为进行了创新性分析,以回答GNN可解释性相关问题,并提出了评估GNN神经元可解释性的新指标。我们提出了一种基于神经元层面概念的全局解释方法,使实践者能够获得模型的高层认知。具体而言:(i)据我们所知,这是首个证明GNN神经元充当概念检测器,并与节点度、邻域特性等逻辑组合而成的概念存在强对齐的研究工作;(ii)我们定量评估了检测概念的重要性,并发现训练时长与神经元可解释性之间存在权衡;(iii)我们证明,与当前最先进方法相比,本全局解释方法具有显著优势:可将解释结果拆解为多个独立可解释概念,并为每个概念提供逻辑描述支持,从而降低潜在偏差并提升用户友好性。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月27日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
16+阅读 · 2018年2月7日
VIP会员
最新内容
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
2+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
4+阅读 · 7月20日
深入Project Maven:为何人工智能在战场上依然失灵
锻造未来士兵:外骨骼、基因工程与赛博格
专知会员服务
7+阅读 · 7月19日
《无人机蜂群通信技术研究》50页
专知会员服务
8+阅读 · 7月19日
相关VIP内容
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员