Smart cities operate on computational predictive frameworks that collect, aggregate, and utilize data from large-scale sensor networks. However, these frameworks are prone to multiple sources of data and algorithmic bias, which often lead to unfair prediction results. In this work, we first demonstrate that bias persists at a micro-level both temporally and spatially by studying real city data from Chattanooga, TN. To alleviate the issue of such bias, we introduce Fairguard, a micro-level temporal logic-based approach for fair smart city policy adjustment and generation in complex temporal-spatial domains. The Fairguard framework consists of two phases: first, we develop a static generator that is able to reduce data bias based on temporal logic conditions by minimizing correlations between selected attributes. Then, to ensure fairness in predictive algorithms, we design a dynamic component to regulate prediction results and generate future fair predictions by harnessing logic rules. Evaluations show that logic-enabled static Fairguard can effectively reduce the biased correlations while dynamic Fairguard can guarantee fairness on protected groups at run-time with minimal impact on overall performance.


翻译:智慧城市依赖于计算预测框架来收集、整合和利用大规模传感器网络的数据。然而,这些框架容易受到多种数据和算法偏差源的影响,常常导致不公平的预测结果。本文首先通过研究田纳西州查塔努加市的真实城市数据,证明了偏差在微观层面存在时间和空间上的持续性。为缓解此类偏差问题,我们引入了Fairguard,一种基于微观时间逻辑的方法,用于在复杂时空域中实现智慧城市政策的公平调整与生成。Fairguard框架由两个阶段组成:首先,我们开发了一个静态生成器,能够基于时间逻辑条件通过最小化所选属性之间的相关性来减少数据偏差;然后,为确保预测算法的公平性,我们设计了一个动态组件,通过利用逻辑规则来调控预测结果并生成未来公平的预测。评估表明,启用逻辑的静态Fairguard能有效减少偏差相关性,而动态Fairguard能在运行时保证受保护群体的公平性,同时将整体性能的影响降至最低。

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智慧城市(英语:Smart City)是指利用各种信息技术或创新意念,集成城市的组成系统和服务,以提升资源运用的效率,优化城市管理和服务,以及改善市民生活质量。智慧城市把新一代信息技术充分运用在城市的各行各业之中的基于知识社会下一代创新(创新2.0)的城市信息化高级形态,实现信息化、工业化与城镇化深度融合,有助于缓解“大城市病”,提高城镇化质量,实现精细化和动态管理,并提升城市管理成效和改善市民生活质量。关于智慧城市的具体定义比较广泛,目前在国际上被广泛认同的定义是,智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会下一代创新(创新2.0)环境下的城市形态,强调智慧城市不仅仅是物联网、云计算等新一代信息技术的应用,更重要的是通过面向知识社会的创新2.0的方法论应用,构建用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的城市可持续创新生态。
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