Neural networks are often regarded as "black boxes" due to their complex functions and numerous parameters, which poses significant challenges for interpretability. This study addresses these challenges by introducing methods to enhance the understanding of neural networks, focusing specifically on models with a single hidden layer. We establish a theoretical framework by demonstrating that the neural network estimator can be interpreted as a nonparametric regression model. Building on this foundation, we propose statistical tests to assess the significance of input neurons and introduce algorithms for dimensionality reduction, including clustering and (PCA), to simplify the network and improve its interpretability and accuracy. The key contributions of this study include the development of a bootstrapping technique for evaluating artificial neural network (ANN) performance, applying statistical tests and logistic regression to analyze hidden neurons, and assessing neuron efficiency. We also investigate the behavior of individual hidden neurons in relation to out-put neurons and apply these methodologies to the IDC and Iris datasets to validate their practical utility. This research advances the field of Explainable Artificial Intelligence by presenting robust statistical frameworks for interpreting neural networks, thereby facilitating a clearer understanding of the relationships between inputs, outputs, and individual network components.


翻译:神经网络因其复杂的函数和众多参数常被视为"黑箱",这对可解释性提出了重大挑战。本研究通过引入增强神经网络理解的方法来应对这些挑战,特别聚焦于单隐藏层模型。我们通过证明神经网络估计器可被解释为非参数回归模型,建立了理论框架。在此基础上,我们提出统计检验方法来评估输入神经元的重要性,并引入包括聚类和主成分分析(PCA)在内的降维算法,以简化网络结构并提升其可解释性与准确性。本研究的主要贡献包括:开发用于评估人工神经网络(ANN)性能的自举技术,应用统计检验和逻辑回归分析隐藏神经元并评估神经元效率。我们还研究了单个隐藏神经元相对于输出神经元的行为特征,并将这些方法应用于IDC和Iris数据集以验证其实用价值。本研究通过提出用于解释神经网络的稳健统计框架,推动了可解释人工智能领域的发展,从而促进了对输入、输出及网络各组件间关系的更清晰理解。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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