Machine learning algorithms have become ubiquitous in a number of applications (e.g. image classification). However, due to the insufficient measurement of traditional metrics (e.g. the coarse-grained Accuracy of each classifier), substantial gaps are usually observed between the real-world performance of these algorithms and their scores in standardized evaluations. In this paper, inspired by the psychometric theories from human measurement, we propose a task-agnostic evaluation framework Camilla, where a multi-dimensional diagnostic metric Ability is defined for collaboratively measuring the multifaceted strength of each machine learning algorithm. Specifically, given the response logs from different algorithms to data samples, we leverage cognitive diagnosis assumptions and neural networks to learn the complex interactions among algorithms, samples and the skills (explicitly or implicitly pre-defined) of each sample. In this way, both the abilities of each algorithm on multiple skills and some of the sample factors (e.g. sample difficulty) can be simultaneously quantified. We conduct extensive experiments with hundreds of machine learning algorithms on four public datasets, and our experimental results demonstrate that Camilla not only can capture the pros and cons of each algorithm more precisely, but also outperforms state-of-the-art baselines on the metric reliability, rank consistency and rank stability.


翻译:机器学习算法在诸多应用(如图像分类)中已变得无处不在。然而,由于传统指标(例如每个分类器的粗粒度准确率)存在测量不足的问题,这些算法在实际场景中的表现与其在标准化评估中的得分之间通常存在显著差距。本文受人类测量中的心理测量学理论启发,提出了一种任务无关的评估框架Camilla,其中定义了一种多维诊断指标“能力”(Ability),用于协同衡量每个机器学习算法的多维度优势。具体而言,给定不同算法对数据样本的响应日志,我们利用认知诊断假设与神经网络来学习算法、样本及各样本(显式或隐式预定义的)技能之间的复杂交互。通过这种方式,每个算法在多项技能上的能力以及部分样本因子(如样本难度)可被同时量化。我们在四个公开数据集上使用数百种机器学习算法进行了广泛实验,结果表明Camilla不仅能更精确地捕捉每种算法的优缺点,还在指标可靠性、排名一致性与排名稳定性上优于现有最优基线方法。

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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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