Recent years have seen a surge of machine learning approaches aimed at reducing disparities in model outputs across different subgroups. In many settings, training data may be used in multiple downstream applications by different users, which means it may be most effective to intervene on the training data itself. In this work, we present FairWASP, a novel pre-processing approach designed to reduce disparities in classification datasets without modifying the original data. FairWASP returns sample-level weights such that the reweighted dataset minimizes the Wasserstein distance to the original dataset while satisfying (an empirical version of) demographic parity, a popular fairness criterion. We show theoretically that integer weights are optimal, which means our method can be equivalently understood as duplicating or eliminating samples. FairWASP can therefore be used to construct datasets which can be fed into any classification method, not just methods which accept sample weights. Our work is based on reformulating the pre-processing task as a large-scale mixed-integer program (MIP), for which we propose a highly efficient algorithm based on the cutting plane method. Experiments demonstrate that our proposed optimization algorithm significantly outperforms state-of-the-art commercial solvers in solving both the MIP and its linear program relaxation. Further experiments highlight the competitive performance of FairWASP in reducing disparities while preserving accuracy in downstream classification settings.


翻译:近年来,旨在减少不同子群体间模型输出差异的机器学习方法层出不穷。在许多场景中,训练数据可能被不同用户用于多种下游应用,因此对训练数据本身进行干预往往最为有效。本文提出了FairWASP——一种新颖的预处理方法,旨在减少分类数据集中的差异,同时不修改原始数据。FairWASP返回样本级权重,使得加权后的数据集在满足(经验版本的)人口统计均等性(一种流行的公平性准则)的同时,最小化与原始数据集的Wasserstein距离。我们从理论上证明整数权重是最优解,这意味着该方法可等价理解为复制或剔除样本。因此,FairWASP可用于构建能输入任意分类方法(而不仅限于接受样本权重的方法)的数据集。本文通过将预处理任务重新表述为大规模混合整数规划(MIP),并提出一种基于割平面法的高效算法,实现了上述方法。实验表明,在求解MIP及其线性规划松弛问题时,我们提出的优化算法显著优于最先进的商业求解器。进一步实验凸显了FairWASP在保持下游分类精度的同时减少差异的竞争性表现。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
34+阅读 · 2019年10月18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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VLP: A Survey on Vision-Language Pre-training
Arxiv
11+阅读 · 2022年2月21日
Phase-aware Speech Enhancement with Deep Complex U-Net
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
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
34+阅读 · 2019年10月18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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员