虽然许多方法旨在通过突出突出特征来解释预测，但是这些解释服务的目标以及如何评估它们通常不合适。在这项工作中，我们介绍了一个框架，通过在训练教师模型的学生模型上授予学生模型的准确性增益来量化解释的价值。至关重要的是，培训期间学生可以使用解释，但在测试时间不可用。与先前的建议相比，我们的方法不太易于绘制，实现原则，自动，模型 - 无话会的归属。使用我们的框架，我们比较了许多归属方法，用于文本分类和问题应答，并观察不同学生模型架构和学习策略之间的定量差异（在中度到高度）。

在尝试“解释”机器学习模型的预测中，研究人员提出了数百种技术，以归因于认为重要的功能的预测。虽然这些归属常常被声称持有改善人类“了解”模型的潜力，但令人惊讶地小的工作明确评估了对这种愿望的进步。在本文中，我们进行了一个众群研究，参与者与欺骗检测模型进行互动，以区分真实和假酒店评论。他们受到模拟新鲜评论模型的挑战，并以降低最初预测的类的概率的目标。成功的操纵将导致对抗性示例。在培训（但不是测试）阶段，突出显示输入跨度以传达Parience。通过我们的评估，我们观察到，对于线性袋式模型，与无解释控制相比，可以在训练期间访问特征系数的参与者能够在测试阶段中更大减少模型置信度。对于基于BERT的分类器，流行的本地解释不会提高它们在无法解释案例上降低模型信心的能力。值得注意的是，当由培训的线性模型的（全局）归属的（全局）归属给出的解释以模仿BERT模型，人们可以有效地操纵模型。

Modern machine learning models are opaque, and as a result there is a burgeoning academic subfield on methods that explain these models' behavior. However, what is the precise goal of providing such explanations, and how can we demonstrate that explanations achieve this goal? Some research argues that explanations should help teach a student (either human or machine) to simulate the model being explained, and that the quality of explanations can be measured by the simulation accuracy of students on unexplained examples. In this work, leveraging meta-learning techniques, we extend this idea to improve the quality of the explanations themselves, specifically by optimizing explanations such that student models more effectively learn to simulate the original model. We train models on three natural language processing and computer vision tasks, and find that students trained with explanations extracted with our framework are able to simulate the teacher significantly more effectively than ones produced with previous methods. Through human annotations and a user study, we further find that these learned explanations more closely align with how humans would explain the required decisions in these tasks. Our code is available at https://github.com/coderpat/learning-scaffold

Deep Learning and Machine Learning based models have become extremely popular in text processing and information retrieval. However, the non-linear structures present inside the networks make these models largely inscrutable. A significant body of research has focused on increasing the transparency of these models. This article provides a broad overview of research on the explainability and interpretability of natural language processing and information retrieval methods. More specifically, we survey approaches that have been applied to explain word embeddings, sequence modeling, attention modules, transformers, BERT, and document ranking. The concluding section suggests some possible directions for future research on this topic.

众所周知，端到端的神经NLP体系结构很难理解，这引起了近年来为解释性建模的许多努力。模型解释的基本原则是忠诚，即，解释应准确地代表模型预测背后的推理过程。这项调查首先讨论了忠诚的定义和评估及其对解释性的意义。然后，我们通过将方法分为五类来介绍忠实解释的最新进展：相似性方法，模型内部结构的分析，基于反向传播的方法，反事实干预和自我解释模型。每个类别将通过其代表性研究，优势和缺点来说明。最后，我们从它们的共同美德和局限性方面讨论了上述所有方法，并反思未来的工作方向忠实的解释性。对于有兴趣研究可解释性的研究人员，这项调查将为该领域提供可访问且全面的概述，为进一步探索提供基础。对于希望更好地了解自己的模型的用户，该调查将是一项介绍性手册，帮助选择最合适的解释方法。

可解释的机器学习提供了有关哪些因素推动了黑盒系统的一定预测以及是否信任高风险决策或大规模部署的洞察力。现有方法主要集中于选择解释性输入功能，这些功能遵循本地添加剂或实例方法。加性模型使用启发式采样扰动来依次学习实例特定解释器。因此，该过程效率低下，并且容易受到条件较差的样品的影响。同时，实例技术直接学习本地采样分布，并可以从其他输入中利用全球信息。但是，由于严格依赖预定义的功能，他们只能解释单一级预测并在不同设置上遇到不一致的情况。这项工作利用了这两种方法的优势，并提出了一个全球框架，用于同时学习多个目标类别的本地解释。我们还提出了一种自适应推理策略，以确定特定实例的最佳功能数量。我们的模型解释器极大地超过了忠诚的添加和实例的对应物，而在各种数据集和Black-box模型体系结构上获得了高水平的简洁性。

使用知识图（KGS）增强预培训的语言模型在各种型号推理任务方面取得了成功。但是，对于给定的任务实例，kg或kg的某些部分可能没有用。虽然kg-cugmented模型经常使用注意力集中在特定的kg组件上，但仍然始终使用kg，并且从未明确教授应该使用关注机制。同时，显着性方法可以测量kg特征（例如，图形，节点，路径）对模型进行正确预测的影响，从而解释了哪个kg特征是有用的。本文探讨了可用于提高kg增强模型的性能的显着性解释。首先，我们建议创建粗（是kg有用的？）和精细（kg中的节点/路径是有用的？）显着解释。其次，为了激励基于显着的监督，我们分析了Oracle kg-angimented模型，即直接使用显着解释作为引导他们注意的额外输入。第三，我们提出Salkg，kg-ug-anded模型的框架，以从粗糙和/或罚款解释中学习。给定从任务的培训集创建的显着解释，Salkg共同列举模型来预测解释，然后通过参加预测的解释突出显示的kg功能来解决任务。在三个型号QA基准（CSQA，OBQA，Codah）和一系列KG增强模型中，我们表明Salkg可以产生相当大的性能增益 - 对CSQA的绝对改善高达2.76％。

越来越多的研究进行了人类主题评估，以研究为用户提供机器学习模型的解释是否可以帮助他们制定实际现实世界中的用例。但是，运行的用户研究具有挑战性且昂贵，因此每个研究通常只评估有限的不同设置，例如，研究通常只评估一些任意选择的解释方法。为了应对这些挑战和援助用户研究设计，我们介绍了用用例的模拟评估（Simevals）。 SIMEVALS涉及培训算法剂，以输入信息内容（例如模型解释），这些信息内容将在人类学科研究中提交给每个参与者，以预测感兴趣的用例的答案。算法代理的测试集精度提供了衡量下游用例信息内容的预测性。我们对三种现实世界用例（正向模拟，模型调试和反事实推理）进行全面评估，以证明Simevals可以有效地确定哪种解释方法将为每个用例提供帮助。这些结果提供了证据表明，Simevals可用于有效筛选一组重要的用户研究设计决策，例如在进行潜在昂贵的用户研究之前，选择应向用户提供哪些解释。

As the societal impact of Deep Neural Networks (DNNs) grows, the goals for advancing DNNs become more complex and diverse, ranging from improving a conventional model accuracy metric to infusing advanced human virtues such as fairness, accountability, transparency (FaccT), and unbiasedness. Recently, techniques in Explainable Artificial Intelligence (XAI) are attracting considerable attention, and have tremendously helped Machine Learning (ML) engineers in understanding AI models. However, at the same time, we started to witness the emerging need beyond XAI among AI communities; based on the insights learned from XAI, how can we better empower ML engineers in steering their DNNs so that the model's reasonableness and performance can be improved as intended? This article provides a timely and extensive literature overview of the field Explanation-Guided Learning (EGL), a domain of techniques that steer the DNNs' reasoning process by adding regularization, supervision, or intervention on model explanations. In doing so, we first provide a formal definition of EGL and its general learning paradigm. Secondly, an overview of the key factors for EGL evaluation, as well as summarization and categorization of existing evaluation procedures and metrics for EGL are provided. Finally, the current and potential future application areas and directions of EGL are discussed, and an extensive experimental study is presented aiming at providing comprehensive comparative studies among existing EGL models in various popular application domains, such as Computer Vision (CV) and Natural Language Processing (NLP) domains.

随着AI系统表现出越来越强烈的预测性能，它们的采用已经在许多域中种植。然而，在刑事司法和医疗保健等高赌场域中，由于安全，道德和法律问题，往往是完全自动化的，但是完全手工方法可能是不准确和耗时的。因此，对研究界的兴趣日益增长，以增加人力决策。除了为此目的开发AI技术之外，人民AI决策的新兴领域必须采用实证方法，以形成对人类如何互动和与AI合作做出决定的基础知识。为了邀请和帮助结构研究努力了解理解和改善人为 - AI决策的研究，我们近期对本课题的实证人体研究的文献。我们总结了在三个重要方面的100多篇论文中的研究设计选择：（1）决定任务，（2）AI模型和AI援助要素，以及（3）评估指标。对于每个方面，我们总结了当前的趋势，讨论了现场当前做法中的差距，并列出了未来研究的建议。我们的调查强调了开发共同框架的需要考虑人类 - AI决策的设计和研究空间，因此研究人员可以在研究设计中进行严格的选择，研究界可以互相构建并产生更广泛的科学知识。我们还希望这项调查将成为HCI和AI社区的桥梁，共同努力，相互塑造人类决策的经验科学和计算技术。

专家决策者开始依靠数据驱动的自动化代理来帮助他们提供各种任务。对于此合作执行正确，人类决策者必须具有何时以及不依赖代理人的何时和何时具有智力模式。在这项工作中，我们的目标是确保人工决策者学习代理商的优势和劣势的有效心理模型。为了实现这一目标，我们提出了一个基于示例的教学策略，人类在代理人的帮助下解决任务并尝试制定一组何时和不推迟的指导方针。我们提出了一种新颖的AI的心理模型的参数化，其在教学示例周围的当地地区应用最近的邻居规则。使用此模型，我们推出了选择代表教学集的近最优策略。我们验证了我们在使用人群工人的多跳问题回答任务中对教学战略的好处，并发现当工人从教学阶段绘制正确的教训时，他们的任务性能提高了，我们还在一组合成实验上验证了我们的方法。

自动错误通常涉及培训数据和学习过程，调试机器学习模型很难。如果我们没有关于模型如何实际工作的线索，这变得更加困难。在这项调查中，我们审查了利用解释的论文使人类提供反馈和调试NLP模型。我们称这个问题解释为基础的人类调试（EBHD）。特别是，我们沿着EBHD的三个维度（错误上下文，工作流程和实验设置）分类和讨论现有工作，编译EBHD组件如何影响反馈提供商的调查结果，并突出可能是未来的研究方向的打开问题。

越来越多的电子健康记录（EHR）数据和深度学习技术进步的越来越多的可用性（DL）已经引发了在开发基于DL的诊断，预后和治疗的DL临床决策支持系统中的研究兴趣激增。尽管承认医疗保健的深度学习的价值，但由于DL的黑匣子性质，实际医疗环境中进一步采用的障碍障碍仍然存在。因此，有一个可解释的DL的新兴需求，它允许最终用户评估模型决策，以便在采用行动之前知道是否接受或拒绝预测和建议。在这篇综述中，我们专注于DL模型在医疗保健中的可解释性。我们首先引入深入解释性的方法，并作为该领域的未来研究人员或临床从业者的方法参考。除了这些方法的细节之外，我们还包括对这些方法的优缺点以及它们中的每个场景都适合的讨论，因此感兴趣的读者可以知道如何比较和选择它们供使用。此外，我们讨论了这些方法，最初用于解决一般域问题，已经适应并应用于医疗保健问题以及如何帮助医生更好地理解这些数据驱动技术。总的来说，我们希望这项调查可以帮助研究人员和从业者在人工智能（AI）和临床领域了解我们为提高其DL模型的可解释性并相应地选择最佳方法。

我们提出了一种可解释的关系提取方法，通过共同训练这两个目标来减轻概括和解释性之间的张力。我们的方法使用多任务学习体系结构，该体系结构共同训练分类器以进行关系提取，并在解释关系分类器的决策的关系中标记单词的序列模型。我们还将模型输出转换为规则，以将全局解释带入这种方法。使用混合策略对此序列模型进行训练：有监督，当可获得预先存在的模式的监督时，另外还要半监督。在后一种情况下，我们将序列模型的标签视为潜在变量，并学习最大化关系分类器性能的最佳分配。我们评估了两个数据集中的提议方法，并表明序列模型提供了标签，可作为关系分类器决策的准确解释，并且重要的是，联合培训通常可以改善关系分类器的性能。我们还评估了生成的规则的性能，并表明新规则是手动规则的重要附加功能，并使基于规则的系统更接近神经模型。

注意机制主导着深层模型的解释性。它们在输入上产生概率分布，该输入被广泛认为是特征对重要指标。但是，在本文中，我们发现注意力解释中的一个关键局限性：识别特征影响的极性的弱点。这将是一种误导性 - 注意力较高的特征可能不会忠实地促进模型预测；相反，它们可以施加抑制作用。有了这一发现，我们反思了当前基于注意力的技术的解释性，例如Attentio $ \ odot $梯度和基于LRP的注意解释。我们首先提出了一种可操作的诊断方法（此后忠实违规测试），以衡量解释权重与影响极性之间的一致性。通过广泛的实验，我们表明大多数经过测试的解释方法出乎意料地受到违反忠诚问题的阻碍，尤其是原始关注。对影响违规问题的因素的经验分析进一步为采用注意模型中采用解释方法提供了有用的观察。

变形金刚在NLP中广泛使用，它们始终如一地实现最先进的性能。这是由于他们基于注意力的架构，这使他们能够对单词之间的丰富语言关系进行建模。但是，变压器很难解释。能够为其决策提供推理是人类生命受影响的领域（例如仇恨言论检测和生物医学）的模型的重要特性。随着变压器在这些领域中发现广泛使用，因此需要为其量身定制的可解释性技术。在这项工作中研究了基于注意力的可解释性技术对文本分类中的有效性。尽管担心文献中的基于注意力的解释，但我们表明，通过适当的设置，可以将注意力用于此类任务，结果与最先进的技术相当，同时也更快，更友好。我们通过采用新功能重要性指标的一系列实验来验证我们的主张。

Explainable AI (XAI) is widely viewed as a sine qua non for ever-expanding AI research. A better understanding of the needs of XAI users, as well as human-centered evaluations of explainable models are both a necessity and a challenge. In this paper, we explore how HCI and AI researchers conduct user studies in XAI applications based on a systematic literature review. After identifying and thoroughly analyzing 85 core papers with human-based XAI evaluations over the past five years, we categorize them along the measured characteristics of explanatory methods, namely trust, understanding, fairness, usability, and human-AI team performance. Our research shows that XAI is spreading more rapidly in certain application domains, such as recommender systems than in others, but that user evaluations are still rather sparse and incorporate hardly any insights from cognitive or social sciences. Based on a comprehensive discussion of best practices, i.e., common models, design choices, and measures in user studies, we propose practical guidelines on designing and conducting user studies for XAI researchers and practitioners. Lastly, this survey also highlights several open research directions, particularly linking psychological science and human-centered XAI.

目前，自然语言理解（NLU）中最根本的两个挑战是：（a）如何以“正确”的原因确定基于深度学习的模型是否在NLU基准上得分很高；（b）了解这些原因甚至是什么。我们研究了关于两个语言“技能”的阅读理解模型的行为：核心分辨率和比较。我们为从系统中预期的推理步骤提出了一个定义，该系统将“缓慢阅读”，并将其与各种大小的贝特家族的五个模型的行为进行比较，这是通过显着分数和反事实解释观察到的。我们发现，对于比较（而不是核心），基于较大编码器的系统更有可能依靠“正确”的信息，但即使他们在概括方面也很难，表明他们仍然学习特定的词汇模式，而不是比较的一般原则。

最先进的文本分类器的大尺寸和复杂的决策机制使人类难以理解他们的预测，导致用户缺乏信任。这些问题导致采用Shail和集成梯度等方法来解释分类决策，通过为输入令牌分配重要性分数。然而，使用不同的随机化测试之前的工作表明，通过这些方法产生的解释可能不具有稳健性。例如，对测试集的相同预测的模型可能仍然导致不同的特征重要性排名。为了解决基于令牌的可解释性缺乏稳健性，我们探讨了句子等更高语义层面的解释。我们使用计算指标和人类主题研究来比较基于令牌的句子的解释的质量。我们的实验表明，更高级别的特征属性提供了几个优点：1）由于随机化测试测量，2）当使用近似的基于方法等诸如Shav等的方法来说，它们更加强大，并且3）它们更容易理解在语言相干性在更高的粒度水平上存在的情况下的人类。基于这些调查结果，我们表明，令牌的可解释性，同时是鉴于ML模型的输入接口的方便的首选，不是所有情况中最有效的选择。

数十种归因方法背后的一个原理是在输入功能（此处，令牌）作为其归属中删除之前和之后的预测差异。流行的输入边缘化方法（IM）方法（Kim等，2020）使用BERT代替令牌，从而产生更合理的反事实。而Kim等人。 （2020）报道IM是有效的，我们发现这个结论并不令人信服，因为论文中使用的Deletionbert指标对IM有偏见。重要的是，这种偏见存在于基于缺失的指标中，包括插入，充分性和全面性。此外，我们使用6个指标和3个数据集的严格评估没有发现IM比剩余的（LOO）基线更好的证据。我们发现IM不比LOO更好的两个原因：（1）从输入中删除单个单词仅略微降低了分类器的精度； （2）一个高度可预测的词总是给出接近零的归因，无论其对分类器的真正重要性。相比之下，通过BERT使石灰样品更加自然可在几种咆哮指标下始终提高酸橙精度。