Deep neural networks typically learn spatially entangled representations that conflate discriminative foreground features with spurious background correlations, thereby undermining model interpretability and robustness. We propose a novel understanding framework for gradient-based attribution from an information-theoretic perspective. We prove that, under mild conditions, the Vector-Jacobian Products (VJP) computed during backpropagation form minimal sufficient statistics of input features with respect to class labels. Motivated by this finding, we propose an encoding-decoding perspective : forward propagation encodes inputs into class space, while VJP in backpropagation decodes this encoding back to feature space. Therefore, we propose Spatial Information Bottleneck (S-IB) to spatially disentangle information flow. By maximizing mutual information between foreground VJP and inputs while minimizing mutual information in background regions, S-IB encourages networks to encode information only in class-relevant spatial regions. Since post-hoc explanation methods fundamentally derive from VJP computations, directly optimizing VJP's spatial structure during training improves visualization quality across diverse explanation paradigms. Experiments on five benchmarks demonstrate universal improvements across six explanation methods, achieving better foreground concentration and background suppression without method-specific tuning, alongside consistent classification accuracy gains.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

NeurlPS 2022 | 深度双向语言-知识图谱预训练
专知会员服务
10+阅读 · 2022年11月28日
专知会员服务
30+阅读 · 2021年5月21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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+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
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2022年1月26日
Arxiv
19+阅读 · 2020年12月23日
VIP会员
相关主题
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
4+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
NeurlPS 2022 | 深度双向语言-知识图谱预训练
专知会员服务
10+阅读 · 2022年11月28日
专知会员服务
30+阅读 · 2021年5月21日
相关基金
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
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+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
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员