Although standard Convolutional Neural Networks (CNNs) can be mathematically reinterpreted as Self-Explainable Models (SEMs), their built-in prototypes do not on their own accurately represent the data. Replacing the final linear layer with a $k$-means-based classifier addresses this limitation without compromising performance. This work introduces a common formalization of $k$-means-based post-hoc explanations for the classifier, the encoder's final output (B4), and combinations of intermediate feature activations. The latter approach leverages the spatial consistency of convolutional receptive fields to generate concept-based explanation maps, which are supported by gradient-free feature attribution maps. Empirical evaluation with a ResNet34 shows that using shallower, less compressed feature activations, such as those from the last three blocks (B234), results in a trade-off between semantic fidelity and a slight reduction in predictive performance.


翻译:尽管标准卷积神经网络(CNN)可在数学意义上被重新解释为自解释模型(SEM),但其内置原型本身并不能准确表征数据。用基于$k$-均值的分类器替代最终线性层,可在不牺牲性能的前提下解决该局限。本文提出一种统一的规范化框架,用于基于$k$-均值的分类器后验解释、编码器最终输出(B4)以及中间特征激活的组合。后者利用卷积感受野的空间一致性生成基于概念的解释图,该图由无梯度特征归因图支撑。基于ResNet34的实证评估表明,采用较浅且压缩度较低的特征激活(如来自最后三个模块B234的特征)会在语义保真度与预测性能轻微下降之间产生权衡。

0
下载
关闭预览

相关内容

自解释神经网络的全面综述
专知会员服务
19+阅读 · 2025年1月28日
卷积神经网络的可解释性研究综述
专知会员服务
90+阅读 · 2023年6月5日
图卷积神经网络蒸馏知识,Distillating Knowledge from GCN
专知会员服务
96+阅读 · 2020年3月25日
【ICLR-2020】网络反卷积,NETWORK DECONVOLUTION
专知会员服务
39+阅读 · 2020年2月21日
太值得收藏了!秒懂各种深度CNN操作
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年3月18日
直白介绍卷积神经网络(CNN)
算法与数学之美
13+阅读 · 2019年1月23日
【干货】使用Pytorch实现卷积神经网络
专知
13+阅读 · 2018年5月12日
卷积神经网络的最佳解释!
专知
12+阅读 · 2018年5月1日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
CNN 模型压缩与加速算法综述
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年8月25日
卷积神经网络(CNN)学习笔记1:基础入门
黑龙江大学自然语言处理实验室
14+阅读 · 2016年6月16日
国家自然科学基金
0+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
0+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
0+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
0+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
7+阅读 · 2015年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月28日
VIP会员
相关主题
最新内容
美军“软件工厂”:为作战指挥官赋能数字战场
专知会员服务
14+阅读 · 今天2:03
《面向大规模决策的分布式优化架构》247页
专知会员服务
15+阅读 · 今天1:57
智能体技能综合综述:分类、技术与应用
专知会员服务
18+阅读 · 5月11日
相关资讯
太值得收藏了!秒懂各种深度CNN操作
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年3月18日
直白介绍卷积神经网络(CNN)
算法与数学之美
13+阅读 · 2019年1月23日
【干货】使用Pytorch实现卷积神经网络
专知
13+阅读 · 2018年5月12日
卷积神经网络的最佳解释!
专知
12+阅读 · 2018年5月1日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
CNN 模型压缩与加速算法综述
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年8月25日
卷积神经网络(CNN)学习笔记1:基础入门
黑龙江大学自然语言处理实验室
14+阅读 · 2016年6月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+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
0+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
0+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
0+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
7+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员