Rule-based surrogate models are an effective and interpretable way to approximate a Deep Neural Network's (DNN) decision boundaries, allowing humans to easily understand deep learning models. Current state-of-the-art decompositional methods, which are those that consider the DNN's latent space to extract more exact rule sets, manage to derive rule sets at high accuracy. However, they a) do not guarantee that the surrogate model has learned from the same variables as the DNN (alignment), b) only allow to optimise for a single objective, such as accuracy, which can result in excessively large rule sets (complexity), and c) use decision tree algorithms as intermediate models, which can result in different explanations for the same DNN (stability). This paper introduces the CGX (Column Generation eXplainer) to address these limitations - a decompositional method using dual linear programming to extract rules from the hidden representations of the DNN. This approach allows to optimise for any number of objectives and empowers users to tweak the explanation model to their needs. We evaluate our results on a wide variety of tasks and show that CGX meets all three criteria, by having exact reproducibility of the explanation model that guarantees stability and reduces the rule set size by >80% (complexity) at equivalent or improved accuracy and fidelity across tasks (alignment).


翻译:规则型代理模型是一种高效且可解释的方法,用于近似深度神经网络(DNN)的决策边界,使人类能够轻松理解深度学习模型。当前最先进的分解方法(即考虑DNN潜在空间以提取更精确规则集的方法)能够以高精度导出规则集。然而,这类方法存在以下问题:a)不能保证代理模型与DNN从相同变量中学习(对齐性);b)仅允许优化单一目标(如准确率),可能导致规则集规模过大(复杂度);c)使用决策树算法作为中间模型,可能导致同一DNN产生不同解释(稳定性)。本文提出CGX(列生成解释器)以解决上述局限——这是一种利用对偶线性规划从DNN隐藏表示中提取规则的分解方法。该方法可针对任意数量的目标进行优化,并允许用户根据需求调整解释模型。我们在多种任务上评估结果,表明CGX满足所有三个标准:解释模型具有完全可重复性,保证了稳定性;在跨任务中保持同等或更优准确率与保真度(对齐性)的前提下,规则集规模缩减超80%(复杂度)。

0
下载
关闭预览

相关内容

【PKDD2020教程】可解释人工智能XAI:算法到应用,200页ppt
专知会员服务
101+阅读 · 2020年10月13日
AI可解释性文献列表
专知
43+阅读 · 2019年10月7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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】深度学习目标检测全面综述
机器学习研究会
21+阅读 · 2017年9月13日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月25日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
15+阅读 · 2018年4月5日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
6+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
12+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
12+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
13+阅读 · 8月8日
相关VIP内容
【PKDD2020教程】可解释人工智能XAI:算法到应用,200页ppt
专知会员服务
101+阅读 · 2020年10月13日
相关资讯
AI可解释性文献列表
专知
43+阅读 · 2019年10月7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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】深度学习目标检测全面综述
机器学习研究会
21+阅读 · 2017年9月13日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员