This work presents CounterNet, a novel end-to-end learning framework which integrates Machine Learning (ML) model training and the generation of corresponding counterfactual (CF) explanations into a single end-to-end pipeline. Counterfactual explanations offer a contrastive case, i.e., they attempt to find the smallest modification to the feature values of an instance that changes the prediction of the ML model on that instance to a predefined output. Prior techniques for generating CF explanations suffer from two major limitations: (i) all of them are post-hoc methods designed for use with proprietary ML models -- as a result, their procedure for generating CF explanations is uninformed by the training of the ML model, which leads to misalignment between model predictions and explanations; and (ii) most of them rely on solving separate time-intensive optimization problems to find CF explanations for each input data point (which negatively impacts their runtime). This work makes a novel departure from the prevalent post-hoc paradigm (of generating CF explanations) by presenting CounterNet, an end-to-end learning framework which integrates predictive model training and the generation of counterfactual (CF) explanations into a single pipeline. Unlike post-hoc methods, CounterNet enables the optimization of the CF explanation generation only once together with the predictive model. We adopt a block-wise coordinate descent procedure which helps in effectively training CounterNet's network. Our extensive experiments on multiple real-world datasets show that CounterNet generates high-quality predictions, and consistently achieves 100% CF validity and low proximity scores (thereby achieving a well-balanced cost-invalidity trade-off) for any new input instance, and runs 3X faster than existing state-of-the-art baselines.


翻译:摘要:本文提出CounterNet,一种新型端到端学习框架,将机器学习模型训练与对应反事实解释的生成集成至单一端到端流程。反事实解释提供对比案例,即试图找到对实例特征值的最小修改,以使该实例上的机器学习模型预测变为预定义输出。现有反事实解释生成技术存在两大局限:(i) 所有方法均为为专有机器学习模型设计的后处理方法——因此其反事实解释生成过程未考虑模型训练信息,导致模型预测与解释之间的错位;(ii) 大多数方法需对每个输入数据点求解独立且耗时的优化问题来寻找反事实解释(这影响运行时效率)。本文通过提出CounterNet,突破了主流后处理反事实解释生成范式,这是一种将预测模型训练与反事实解释生成集成至单一流程的端到端学习框架。与后处理方法不同,CounterNet仅需与预测模型共同优化一次反事实解释生成过程。我们采用分块坐标下降法有效训练CounterNet网络。在多个真实世界数据集上的广泛实验表明,CounterNet生成高质量预测,对任意新输入实例实现100%反事实有效性与低邻近性分数(从而达成成本-无效性的良好平衡),且运行速度比现有最先进基线快3倍。

0
下载
关闭预览

相关内容

CF:ACM International Conference on Computing Frontiers。 Explanation:计算机前沿国际会议。 Publisher: ACM。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/cf
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
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
2+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
47+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
0+阅读 · 2014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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
AdarGCN: Adaptive Aggregation GCN for Few-Shot Learning
VIP会员
最新内容
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
3+阅读 · 7月23日
伊朗不对称防空战略的演进
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
10+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
相关VIP内容
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
2+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
47+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
0+阅读 · 2014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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员