An artificial neural network (ANN) is a numerical method used to solve complex classification problems. Due to its high classification power, the ANN method often outperforms other classification methods in terms of accuracy. However, an ANN model lacks interpretability compared to methods that use the symbolic paradigm. Our idea is to derive a symbolic representation from a simple ANN model trained on minterm values of input objects. Based on ReLU nodes, the ANN model is partitioned into cells. We convert the ANN model into a cell-based, three-dimensional bit tensor. The theory of Formal Concept Analysis applied to the tensor yields concepts that are represented as logic trees, expressing interpretable attribute interactions. Their evaluations preserve the classification power of the initial ANN model.


翻译:人工神经网络(ANN)是一种用于解决复杂分类问题的数值方法。由于其强大的分类能力,ANN方法在准确率方面通常优于其他分类方法。然而,与采用符号范式的方法相比,ANN模型缺乏可解释性。我们的思路是从一个在输入对象的最小项值上训练的简单ANN模型中推导出符号表示。基于ReLU节点,该ANN模型被划分为若干单元。我们将ANN模型转换为一个基于单元的三维比特张量。应用于该张量的形式概念分析理论产生出以逻辑树表示的概念,这些逻辑树表达了可解释的属性交互作用。对这些概念的评估保留了初始ANN模型的分类能力。

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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
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