我们介绍了Spotcheck，这是一个用于生成用于评估图像分类器中盲点（即系统错误）方法的合成数据集的框架。我们使用Spotcheck进行对照研究，了解各种因素如何影响盲点发现方法的性能。我们的实验揭示了现有方法的几个缺点，例如在具有多个盲点的设置中的性能相对较差，并且对超参数的敏感性。此外，我们发现一种基于降低性的方法Planespot与现有方法具有竞争力，这对交互式工具的开发具有希望。

机器学习模型通常使用诸如“依靠人的存在来检测网球拍”的虚假模式，这不概括。在这项工作中，我们介绍了一个端到端的管道，用于识别和减轻图像分类器的虚假模式。我们首先找到“模型对网球拍预测的模式，如果我们隐藏人民的时间似的63％。”然后，如果模式是虚幻的，我们通过新颖的数据增强来减轻它。我们展示了这种方法识别了一种多样化的杂散模式，并且它通过产生一个模型来减轻它们，这些模型在虚假图案对虚假模式对分布偏移不有用和更鲁棒的分布上进行更准确。

分发班次的稳健性对于部署现实世界中的机器学习模型至关重要。尽管如此必要的，但在定义导致这些变化的潜在机制以及评估跨多个不同的分发班次的稳健性的潜在机制很少。为此，我们介绍了一种框架，可实现各种分布换档的细粒度分析。我们通过评估在合成和现实世界数据集中分为五个类别的19个不同的方法来提供对当前最先进的方法的整体分析。总的来说，我们训练超过85架模型。我们的实验框架可以很容易地扩展到包括新方法，班次和数据集。我们发现，与以前的工作〜\ citep {gulrajani20}不同，该进度已经通过标准的ERM基线进行;特别是，在许多情况下，预先训练和增强（学习或启发式）提供了大的收益。但是，最好的方法在不同的数据集和班次上不一致。

显着性方法是一种流行的特征归因说明方法，旨在通过识别输入图像中的“重要”像素来捕获模型的预测推理。但是，由于缺乏获得地面模型推理的访问，这些方法的开发和采用受到阻碍，从而阻止了准确的评估。在这项工作中，我们设计了一个合成的基准测试框架SMERF，该框架使我们能够在控制模型推理的复杂性的同时进行基于基础真相的评估。在实验上，SMERF揭示了现有的显着性方法的重大局限性，因此代表了开发新显着性方法的有用工具。

Models trained via empirical risk minimization (ERM) are known to rely on spurious correlations between labels and task-independent input features, resulting in poor generalization to distributional shifts. Group distributionally robust optimization (G-DRO) can alleviate this problem by minimizing the worst-case loss over a set of pre-defined groups over training data. G-DRO successfully improves performance of the worst-group, where the correlation does not hold. However, G-DRO assumes that the spurious correlations and associated worst groups are known in advance, making it challenging to apply it to new tasks with potentially multiple unknown spurious correlations. We propose AGRO -- Adversarial Group discovery for Distributionally Robust Optimization -- an end-to-end approach that jointly identifies error-prone groups and improves accuracy on them. AGRO equips G-DRO with an adversarial slicing model to find a group assignment for training examples which maximizes worst-case loss over the discovered groups. On the WILDS benchmark, AGRO results in 8% higher model performance on average on known worst-groups, compared to prior group discovery approaches used with G-DRO. AGRO also improves out-of-distribution performance on SST2, QQP, and MS-COCO -- datasets where potential spurious correlations are as yet uncharacterized. Human evaluation of ARGO groups shows that they contain well-defined, yet previously unstudied spurious correlations that lead to model errors.

在本文中，我们提出了DendroMap，这是一种新颖的方法，用于互动地探索用于机器学习的大规模图像数据集（ML）。 ML从业人员通常通过使用降低降低技术（例如T-SNE）生成图像的网格或将图像的高维表示分为2-D来探索图像数据集。但是，两种方法都没有有效地扩展到大型数据集，因为图像是无效组织的，并且相互作用不足。为了应对这些挑战，我们通过适应Treemaps（一种众所周知的可视化技术）来开发树突。树突图通过从图像的高维表示中提取层次群集结构来有效地组织图像。它使用户能够理解数据集的整体分布，并在多个抽象级别上进行交互放大到特定的兴趣领域。我们使用广泛使用的图像数据集进行深度学习的案例研究表明，用户可以通过检查图像的多样性，确定表现不佳的子组并分析分类错误，从而发现有关数据集和训练模型的见解。我们进行了一项用户研究，该研究通过将其与T-SNE的网状版本进行比较，评估了树突图在分组和搜索任务中的有效性，并发现参与者更喜欢DendroMap。 DendroMap可在https://div-lab.github.io/dendromap/上获得。

自动化的机器学习（AUTOML）过程可能需要通过不仅机器学习（ML）组件及其超参数的复杂配置空间进行搜索，还需要将它们组合在一起，即形成ML管道。如果该管道配置空间过大，那么固定时间预算可实现的优化效率和模型精度可实现。一个关键的研究问题是，通过利用其历史表现来完成各种ML任务（即元知识），避免对ML管道的不良评估是否可能既可能又实用。以前的经验以分类器/回归器准确性排名的形式来自（1）（1）在历史自动运行期间进行的大量但无尽的管道评估数量，即“机会性”元知识，或（2）全面的交叉 - 通过默认超参数（即“系统”的元知识，对分类器/回归器的验证评估。使用AUTOWEKA4MCPS软件包进行了许多实验，表明（1）机会性/系统的元知识可以改善ML的结果，通常与元知识的相关性以及（2）配置空间扣除在不太保守的情况下是最佳的（2）也不是激进的。但是，元知识的效用和影响急性取决于其发电和剥削的许多方面，并保证了广泛的分析；这些通常在汽车和元学习文献中被忽视/不足。特别是，我们观察到对数据集的“挑战”的强烈敏感性，即选择预测因子的特异性是否会导致性能明显更好。最终，确定这样定义的“困难”数据集对于生成信息丰富的元知识基础和理解最佳搜索空间降低策略至关重要。

We investigate whether three types of post hoc model explanations--feature attribution, concept activation, and training point ranking--are effective for detecting a model's reliance on spurious signals in the training data. Specifically, we consider the scenario where the spurious signal to be detected is unknown, at test-time, to the user of the explanation method. We design an empirical methodology that uses semi-synthetic datasets along with pre-specified spurious artifacts to obtain models that verifiably rely on these spurious training signals. We then provide a suite of metrics that assess an explanation method's reliability for spurious signal detection under various conditions. We find that the post hoc explanation methods tested are ineffective when the spurious artifact is unknown at test-time especially for non-visible artifacts like a background blur. Further, we find that feature attribution methods are susceptible to erroneously indicating dependence on spurious signals even when the model being explained does not rely on spurious artifacts. This finding casts doubt on the utility of these approaches, in the hands of a practitioner, for detecting a model's reliance on spurious signals.

最先进的深度学习方法在许多任务上实现了类似人类的表现，但仍会犯错。用易于解释的术语表征这些错误，可以深入了解分类器是否容易出现系统错误，但也提供了一种行动和改善分类器的方法。我们建议发现与正确响应密切相关的那些特征值组合（即模式）。错误的预测，以获取任意分类器的全局和可解释的描述。我们证明这是更通用的标签描述问题的实例，我们根据最小描述长度原理提出了这一点。要发现一个良好的模式集，我们开发了有效的前提算法。通过大量的实验，我们表明它在合成数据和现实世界中的实践中表现出色。与现有的解决方案不同，即使在许多功能上的高度不平衡数据上，它也可以恢复地面真相模式。通过两个有关视觉问题答案和命名实体识别的案例研究，我们确认前提可以清楚且可行的见解对现代NLP分类器的系统错误。

我们介绍了几个新的数据集即想象的A / O和Imagenet-R以及合成环境和测试套件，我们称为CAOS。 Imagenet-A / O允许研究人员专注于想象成剩余的盲点。由于追踪稳健的表示，以特殊创建了ImageNet-R，因为表示不再简单地自然，而是包括艺术和其他演绎。 Caos Suite由Carla Simulator构建，允许包含异常物体，可以创建可重复的合成环境和用于测试稳健性的场景。所有数据集都是为测试鲁棒性和衡量鲁棒性的衡量进展而创建的。数据集已用于各种其他作品中，以衡量其具有鲁棒性的自身进步，并允许切向进展，这些进展不会完全关注自然准确性。鉴于这些数据集，我们创建了几种旨在推进鲁棒性研究的新方法。我们以最大Logit的形式和典型程度的形式构建简单的基线，并以深度的形式创建新的数据增强方法，从而提高上述基准。最大Logit考虑Logit值而不是SoftMax操作后的值，而微小的变化会产生明显的改进。典型程分将输出分布与类的后部分布进行比较。我们表明，除了分段任务之外，这将提高对基线的性能。猜测可能在像素级别，像素的语义信息比类级信息的语义信息不太有意义。最后，新的Deepaulment的新增强技术利用神经网络在彻底不同于先前使用的传统几何和相机的转换的图像上创建增强。

我们采用自我监督的代表性学习来从深色能源仪器遗产成像调查的数据释放9中从7600万个星系图像中提取信息9.针对新的强力引力镜头候选者的识别，我们首先创建了快速的相似性搜索工具，以发现新的搜索工具强镜仅给出一个单个标记的示例。然后，我们展示如何在自我监督的表示上训练简单的线性分类器，仅需几分钟即可在CPU上进行几分钟，可以自动以极高的效率对强镜进行分类。我们提出了1192个新的强镜候选者，我们通过简短的视觉标识活动确定，并释放一种基于Web的相似性搜索工具和顶级网络预测，以促进众包快速发现额外的强力镜头和其他稀有物体：HTTPS：https：//github.com/georgestein/ssl-legacysurvey。

我们通过直接重写其预测规则，介绍一种修改分类器的行为的方法。我们的方法几乎不需要额外的数据收集，可以应用于各种设置，包括将模型调整为新环境，并修改它以忽略杂散功能。我们的代码可在https://github.com/madrylab/editingclassifers获得。

我们介绍了强大的子组发现的问题，即，找到一个关于一个或多个目标属性的脱颖而出的子集的一组可解释的描述，2）是统计上的鲁棒，并且3）非冗余。许多尝试已经挖掘了局部强壮的子组或解决模式爆炸，但我们是第一个从全球建模角度同时解决这两个挑战的爆炸。首先，我们制定广泛的模型类别的子组列表，即订购的子组，可以组成的单次组和多变量目标，该目标可以由标称或数字变量组成，并且包括其定义中的传统Top-1子组发现。这种新颖的模型类允许我们使用最小描述长度（MDL）原理来形式地形化最佳强大的子组发现，在那里我们分别为标称和数字目标的最佳归一化最大可能性和贝叶斯编码而度假。其次，正如查找最佳子组列表都是NP-Hard，我们提出了SSD ++，一个贪婪的启发式，找到了很好的子组列表，并保证了根据MDL标准的最重要的子组在每次迭代中添加，这被显示为等同于贝叶斯一个样本比例，多项式或子组之间的多项式或T检验，以及数据集边际目标分布以及多假设检测罚款。我们经验上显示了54个数据集，即SSD ++优于先前的子组设置发现方法和子组列表大小。

理解和解释训练有素的模型对许多机器学习目标至关重要，例如改善鲁棒性，解决概念漂移和减轻偏见。但是，这通常是一个临时过程，涉及手动查看许多测试样本上的模型的错误，并猜测这些错误的预测的根本原因。在本文中，我们提出了一种系统的方法，概念性的反事实解释（CCE），解释了为什么分类器在人类理解的概念方面在特定的测试样本上犯了一个错误（例如，此斑马被错误地分类为狗，因为因为是因为是因为是狗的。微弱的条纹）。我们基于两个先前的想法：反事实解释和概念激活向量，并在众所周知的预读模型上验证我们的方法，表明它有意义地解释了模型的错误。此外，对于接受具有虚假相关性数据的数据训练的新模型，CCE准确地将虚假相关性确定为单个错误分类测试样本中模型错误的原因。在两个具有挑战性的医学应用程序中，CCE产生了有用的见解，并由临床医生确认，涉及该模型在现实世界中犯的偏见和错误。

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。

我们研究了基于消费者的决策积极学习非参数选择模型的问题。我们提出一个负面结果，表明这种选择模型可能无法识别。为了克服可识别性问题，我们介绍了选择模型的有向无环图（DAG）表示，从某种意义上说，该模型可以捕获有关选择模型的更多信息，从而可以从理论上识别信息。然后，我们考虑在主动学习环境中学习与此DAG表示的近似的问题。我们设计了一种有效的主动学习算法，以估计非参数选择模型的DAG表示，该模型在多项式时间内运行时，当随机均匀地绘制频繁排名。我们的算法通过主动和反复提供各种项目并观察所选项目来了解最受欢迎的频繁偏好项目的分布。我们表明，与相应的非活动学习估计算法相比，我们的算法可以更好地恢复有关消费者偏好的合成和公开数据集的一组频繁偏好。这证明了我们的算法和主动学习方法的价值。

The interpretation of deep learning models is a challenge due to their size, complexity, and often opaque internal state. In addition, many systems, such as image classifiers, operate on low-level features rather than high-level concepts. To address these challenges, we introduce Concept Activation Vectors (CAVs), which provide an interpretation of a neural net's internal state in terms of human-friendly concepts. The key idea is to view the high-dimensional internal state of a neural net as an aid, not an obstacle. We show how to use CAVs as part of a technique, Testing with CAVs (TCAV), that uses directional derivatives to quantify the degree to which a user-defined concept is important to a classification result-for example, how sensitive a prediction of zebra is to the presence of stripes. Using the domain of image classification as a testing ground, we describe how CAVs may be used to explore hypotheses and generate insights for a standard image classification network as well as a medical application.

随着计算系统的不断增长的加工能力和大规模数据集的可用性的增加，机器学习算法导致了许多不同区域的重大突破。此开发影响了计算机安全性，在基于学习的安全系统中产生了一系列工作，例如用于恶意软件检测，漏洞发现和二进制代码分析。尽管潜力巨大，但安全性的机器学习易于细微缺陷，以破坏其性能，并使基于学习的系统可能不适合安全任务和实际部署。在本文中，我们用临界眼睛看这个问题。首先，我们确定基于学习的安全系统的设计，实现和评估中的常见缺陷。我们在过去的10年内，从顶层安全会议中进行了一项研究，确认这些陷阱在目前的安全文献中普遍存在。在一个实证分析中，我们进一步展示了个体陷阱如何导致不切实际的表现和解释，阻碍了对手的安全问题的理解。作为补救措施，我们提出了可行的建议，以支持研究人员在可能的情况下避免或减轻陷阱。此外，我们在将机器学习应用于安全性并提供进一步研究方向时确定打开问题。

The ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge is a benchmark in object category classification and detection on hundreds of object categories and millions of images. The challenge has been run annually from 2010 to present, attracting participation from more than fifty institutions. This paper describes the creation of this benchmark dataset and the advances in object recognition that have been possible as a result. We discuss the chal-

卷积神经网络在皮肤病变图像分类中表现出皮肤科医生水平的表现，但是由于训练数据中看到的偏见而引起的预测不规则性是在可能在广泛部署之前解决的问题。在这项工作中，我们使用两种领先的偏见未学习技术从自动化的黑色素瘤分类管道中稳健地消除了偏见和虚假变化。我们表明，可以使用这些偏置去除方法合理地减轻先前研究中介绍的手术标记和统治者引入的偏见。我们还证明了与用于捕获病变图像的成像仪器有关的杂化变异的概括优势。我们的实验结果提供了证据，表明上述偏见的影响大大降低了，不同的偏见技术在不同的任务方面具有出色的作用。