Explainable AI (XAI) aims to address the human need for safe and reliable AI systems. However, numerous surveys emphasize the absence of a sound mathematical formalization of key XAI notions -- remarkably including the term ``\textit{explanation}'' which still lacks a precise definition. To bridge this gap, this paper presents the first mathematically rigorous definitions of key XAI notions and processes, using the well-funded formalism of Category theory. We show that our categorical framework allows to: (i) model existing learning schemes and architectures, (ii) formally define the term ``explanation'', (iii) establish a theoretical basis for XAI taxonomies, and (iv) analyze commonly overlooked aspects of explaining methods. As a consequence, our categorical framework promotes the ethical and secure deployment of AI technologies as it represents a significant step towards a sound theoretical foundation of explainable AI.


翻译:可解释人工智能(XAI)旨在满足人类对安全可靠人工智能系统的需求。然而,众多综述强调,关键XAI概念缺乏严谨的数学形式化——值得注意的是,"解释"一词至今仍无精确的定义。为弥合这一差距,本文利用范畴理论这一基础深厚的形式化体系,首次提出了XAI核心概念与过程的数学严谨定义。我们证明,该分类框架可:(i) 建模现有学习方案及架构,(ii) 正式定义"解释"一词,(iii) 为XAI分类法建立理论基础,以及(iv) 分析解释方法中常被忽视的方面。由此,我们的分类框架推动了AI技术安全可靠的部署,因为它为可解释人工智能奠定了坚实的理论基础,迈出了关键一步。

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