This paper investigates neuron dropout as a post-processing bias mitigation for deep neural networks (DNNs). Neural-driven software solutions are increasingly applied in socially critical domains with significant fairness implications. While neural networks are exceptionally good at finding statistical patterns from data, they may encode and amplify existing biases from the historical data. Existing bias mitigation algorithms often require modifying the input dataset or the learning algorithms. We posit that the prevalent dropout methods that prevent over-fitting during training by randomly dropping neurons may be an effective and less intrusive approach to improve the fairness of pre-trained DNNs. However, finding the ideal set of neurons to drop is a combinatorial problem. We propose NeuFair, a family of post-processing randomized algorithms that mitigate unfairness in pre-trained DNNs via dropouts during inference after training. Our randomized search is guided by an objective to minimize discrimination while maintaining the model's utility. We show that our design of randomized algorithms is effective and efficient in improving fairness (up to 69%) with minimal or no model performance degradation. We provide intuitive explanations of these phenomena and carefully examine the influence of various hyperparameters of search algorithms on the results. Finally, we empirically and conceptually compare NeuFair to different state-of-the-art bias mitigators.


翻译:本文研究了神经元丢弃作为深度神经网络(DNN)后处理偏差缓解方法。神经驱动的软件解决方案日益应用于具有重大公平性影响的社会关键领域。虽然神经网络在从数据中发现统计模式方面表现出色,但它们可能编码并放大历史数据中存在的既有偏差。现有的偏差缓解算法通常需要修改输入数据集或学习算法。我们认为,通过在训练期间随机丢弃神经元以防止过拟合的普遍丢弃方法,可能是一种有效且侵入性较小的改进预训练DNN公平性的途径。然而,找到理想的神经元丢弃集合是一个组合优化问题。我们提出了NeuFair,一系列后处理随机算法,通过在训练后的推理阶段进行神经元丢弃,来缓解预训练DNN中的不公平性。我们的随机搜索以最小化歧视同时保持模型效用为目标进行引导。我们证明了我们设计的随机算法在提升公平性(最高达69%)方面是有效且高效的,同时带来最小化或无模型性能下降。我们为这些现象提供了直观解释,并仔细检验了搜索算法各种超参数对结果的影响。最后,我们在实证和概念上将NeuFair与不同的最先进偏差缓解方法进行了比较。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2023年3月8日
Arxiv
67+阅读 · 2022年4月13日
Arxiv
11+阅读 · 2022年3月16日
Arxiv
16+阅读 · 2019年4月4日
Arxiv
11+阅读 · 2018年4月8日
VIP会员
最新内容
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
伊朗战争停火期间美军关键弹药状况分析
专知会员服务
8+阅读 · 4月22日
电子战革命:塑造战场的十年突破(2015–2025)
人工智能即服务与未来战争(印度视角)
专知会员服务
3+阅读 · 4月22日
《美国战争部2027财年军事人员预算》
专知会员服务
2+阅读 · 4月22日
伊朗战争中的电子战
专知会员服务
5+阅读 · 4月22日
大语言模型平台在国防情报应用中的对比
专知会员服务
9+阅读 · 4月22日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
相关基金
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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员