The development and adoption of Vision Transformers and other deep-learning architectures for image classification tasks has been rapid. However, the "black box" nature of neural networks is a barrier to adoption in applications where explainability is essential. While some techniques for generating explanations have been proposed, primarily for Convolutional Neural Networks, adapting such techniques to the new paradigm of Vision Transformers is non-trivial. This paper presents T-TAME, Transformer-compatible Trainable Attention Mechanism for Explanations, a general methodology for explaining deep neural networks used in image classification tasks. The proposed architecture and training technique can be easily applied to any convolutional or Vision Transformer-like neural network, using a streamlined training approach. After training, explanation maps can be computed in a single forward pass; these explanation maps are comparable to or outperform the outputs of computationally expensive perturbation-based explainability techniques, achieving SOTA performance. We apply T-TAME to three popular deep learning classifier architectures, VGG-16, ResNet-50, and ViT-B-16, trained on the ImageNet dataset, and we demonstrate improvements over existing state-of-the-art explainability methods. A detailed analysis of the results and an ablation study provide insights into how the T-TAME design choices affect the quality of the generated explanation maps.


翻译:视觉Transformer及其他深度学习架构在图像分类任务中的发展与应用十分迅速。然而,神经网络的"黑箱"特性阻碍了其在可解释性至关重要的应用场景中的推广。尽管已有部分解释生成技术被提出(主要针对卷积神经网络),但将这些技术适配到视觉Transformer的新范式上并非易事。本文提出T-TAME(兼容Transformer的可训练注意力解释机制),这是一种用于解释图像分类任务中深度神经网络的通用方法。所提出的架构与训练技术可通过简化的训练流程,轻松应用于任何卷积或类视觉Transformer神经网络。训练完成后,仅需单次前向传播即可计算解释图;这些解释图可与计算成本高昂的基于扰动的可解释性技术相媲美甚至更优,达到了当前最优性能。我们将T-TAME应用于三种主流深度学习分类架构(在ImageNet数据集上训练的VGG-16、ResNet-50和ViT-B-16),并展示了其对现有最优可解释性方法的改进。通过详尽的结果分析与消融研究,我们揭示了T-TAME设计选择如何影响生成解释图的质量。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
面向2027年及未来的海军情报改革
专知会员服务
2+阅读 · 8月5日
《无人机蜂群:释放人类-蜂群编队的潜能》
专知会员服务
4+阅读 · 8月5日
《战略战术化:一项综合性述评》
专知会员服务
2+阅读 · 8月5日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员