神经网络无处不在用于教育的应用机器学习。他们在预测性能方面的普遍成功伴随着严重的弱点，缺乏决策的解释性，尤其是在以人为中心的领域中。我们实施了五种最先进的方法，用于解释黑盒机器学习模型（Lime，PermiputationShap，kernelshap，dice，CEM），并检查每种方法的优势在学生绩效预测的下游任务上，用于五个大规模开放的在线在线公开培训班。我们的实验表明，解释者的家属在与同一代表学生集的同一双向LSTM模型中相互重要性不同意。我们使用主成分分析，詹森 - 香农距离以及Spearman的等级相关性，以跨方法和课程进行定量的盘问解释。此外，我们验证了基于课程的先决条件之间的解释器表现。我们的结果得出的结论是，解释器的选择是一个重要的决定，实际上对预测结果的解释至关重要，甚至比模型的课程更重要。源代码和模型在http://github.com/epfl-ml4ed/evaluating-explainers上发布。

Deep learning models for learning analytics have become increasingly popular over the last few years; however, these approaches are still not widely adopted in real-world settings, likely due to a lack of trust and transparency. In this paper, we tackle this issue by implementing explainable AI methods for black-box neural networks. This work focuses on the context of online and blended learning and the use case of student success prediction models. We use a pairwise study design, enabling us to investigate controlled differences between pairs of courses. Our analyses cover five course pairs that differ in one educationally relevant aspect and two popular instance-based explainable AI methods (LIME and SHAP). We quantitatively compare the distances between the explanations across courses and methods. We then validate the explanations of LIME and SHAP with 26 semi-structured interviews of university-level educators regarding which features they believe contribute most to student success, which explanations they trust most, and how they could transform these insights into actionable course design decisions. Our results show that quantitatively, explainers significantly disagree with each other about what is important, and qualitatively, experts themselves do not agree on which explanations are most trustworthy. All code, extended results, and the interview protocol are provided at https://github.com/epfl-ml4ed/trusting-explainers.

Time series is the most prevalent form of input data for educational prediction tasks. The vast majority of research using time series data focuses on hand-crafted features, designed by experts for predictive performance and interpretability. However, extracting these features is labor-intensive for humans and computers. In this paper, we propose an approach that utilizes irregular multivariate time series modeling with graph neural networks to achieve comparable or better accuracy with raw time series clickstreams in comparison to hand-crafted features. Furthermore, we extend concept activation vectors for interpretability in raw time series models. We analyze these advances in the education domain, addressing the task of early student performance prediction for downstream targeted interventions and instructional support. Our experimental analysis on 23 MOOCs with millions of combined interactions over six behavioral dimensions show that models designed with our approach can (i) beat state-of-the-art educational time series baselines with no feature extraction and (ii) provide interpretable insights for personalized interventions. Source code: https://github.com/epfl-ml4ed/ripple/.

与经典的统计学习方法相比，机器和深度学习生存模型表现出相似甚至改进事件的预测能力，但太复杂了，无法被人类解释。有几种模型不合时宜的解释可以克服这个问题。但是，没有一个直接解释生存函数预测。在本文中，我们介绍了Survhap（t），这是第一个允许解释生存黑盒模型的解释。它基于Shapley添加性解释，其理论基础稳定，并在机器学习从业人员中广泛采用。拟议的方法旨在增强精确诊断和支持领域的专家做出决策。关于合成和医学数据的实验证实，survhap（t）可以检测具有时间依赖性效果的变量，并且其聚集是对变量对预测的重要性的决定因素，而不是存活。 survhap（t）是模型不可屈服的，可以应用于具有功能输出的所有型号。我们在http://github.com/mi2datalab/survshap中提供了python中时间相关解释的可访问实现。

Student success models might be prone to develop weak spots, i.e., examples hard to accurately classify due to insufficient representation during model creation. This weakness is one of the main factors undermining users' trust, since model predictions could for instance lead an instructor to not intervene on a student in need. In this paper, we unveil the need of detecting and characterizing unknown unknowns in student success prediction in order to better understand when models may fail. Unknown unknowns include the students for which the model is highly confident in its predictions, but is actually wrong. Therefore, we cannot solely rely on the model's confidence when evaluating the predictions quality. We first introduce a framework for the identification and characterization of unknown unknowns. We then assess its informativeness on log data collected from flipped courses and online courses using quantitative analyses and interviews with instructors. Our results show that unknown unknowns are a critical issue in this domain and that our framework can be applied to support their detection. The source code is available at https://github.com/epfl-ml4ed/unknown-unknowns.

如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。

由于算法预测对人类的影响增加，模型解释性已成为机器学习（ML）的重要问题。解释不仅可以帮助用户了解为什么ML模型做出某些预测，还可以帮助用户了解这些预测如何更改。在本论文中，我们研究了从三个有利位置的ML模型的解释性：算法，用户和教学法，并为解释性问题贡献了一些新颖的解决方案。

在学习分析领域的最新研究重点是利用机器学习方法来预测高危学生，以便及时启动干预措施，从而提高保留率和完成率。这些研究大多数的总体特征仅在预测科学方面。与解释模型内部的预测分析的组成部分，并在很大程度上忽略了其对利益相关者的个人案例的预测。此外，尝试使用数据驱动的规范分析来自动为高危学习者生成基于证据的补救建议的工作仍处于起步阶段。可解释的AI是一个最近出现的领域，它提供了尖端工具，该工具支持透明的预测分析和技术，以为高危学生生成量身定制的建议。这项研究提出了一个新的框架，该框架既可以统一透明的机器学习，又可以实现规定性分析的技术。这项工作实际上使用了使用预测模型来识别计划不完整的高危学习者的预测模型。然后，该研究进一步证明了如何通过两项案例研究的规定性分析来增强预测性建模，以便为有危险的人产生可读的规定反馈。

即使有效，模型的使用也必须伴随着转换数据的各个级别的理解（上游和下游）。因此，需求增加以定义单个数据与算法可以根据其分析可以做出的选择（例如，一种产品或一种促销报价的建议，或代表风险的保险费率）。模型用户必须确保模型不会区分，并且也可以解释其结果。本文介绍了模型解释的重要性，并解决了模型透明度的概念。在保险环境中，它专门说明了如何使用某些工具来强制执行当今可以利用机器学习的精算模型的控制。在一个简单的汽车保险中损失频率估计的示例中，我们展示了一些解释性方法的兴趣，以适应目标受众的解释。

这项研究通过对三种不同类型的模型进行基准评估来调查机器学习模型对产生反事实解释的影响：决策树（完全透明，可解释的，白色盒子模型），随机森林（一种半解释，灰色盒模型）和神经网络（完全不透明的黑盒模型）。我们在五个不同数据集（Compas，成人，德国，德语，糖尿病和乳腺癌）中使用四种算法（DICE，WatchERCF，原型和GrowingSpheresCF）测试了反事实生成过程。我们的发现表明：（1）不同的机器学习模型对反事实解释的产生没有影响； （2）基于接近性损失函数的唯一算法是不可行的，不会提供有意义的解释； （3）在不保证反事实生成过程中的合理性的情况下，人们无法获得有意义的评估结果。如果对当前的最新指标进行评估，则不考虑其内部机制中不合理的算法将导致偏见和不可靠的结论； （4）强烈建议对定性分析（以及定量分析），以确保对反事实解释和偏见的潜在识别进行强有力的分析。

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。

在人类循环机器学习应用程序的背景下，如决策支持系统，可解释性方法应在不使用户等待的情况下提供可操作的见解。在本文中，我们提出了加速的模型 - 不可知论解释（ACME），一种可解释的方法，即在全球和本地层面迅速提供特征重要性分数。可以将acme应用于每个回归或分类模型的后验。 ACME计算功能排名不仅提供了一个什么，但它还提供了一个用于评估功能值的变化如何影响模型预测的原因 - 如果分析工具。我们评估了综合性和现实世界数据集的建议方法，同时也与福芙添加剂解释（Shap）相比，我们制作了灵感的方法，目前是最先进的模型无关的解释性方法。我们在生产解释的质量方面取得了可比的结果，同时急剧减少计算时间并为全局和局部解释提供一致的可视化。为了促进该领域的研究，为重复性，我们还提供了一种存储库，其中代码用于实验。

本文研究了与可解释的AI（XAI）实践有关的两个不同但相关的问题。机器学习（ML）在金融服务中越来越重要，例如预批准，信用承销，投资以及各种前端和后端活动。机器学习可以自动检测培训数据中的非线性和相互作用，从而促进更快，更准确的信用决策。但是，机器学习模型是不透明的，难以解释，这是建立可靠技术所需的关键要素。该研究比较了各种机器学习模型，包括单个分类器（逻辑回归，决策树，LDA，QDA），异质集合（Adaboost，随机森林）和顺序神经网络。结果表明，整体分类器和神经网络的表现优于表现。此外，使用基于美国P2P贷款平台Lending Club提供的开放式访问数据集评估了两种先进的事后不可解释能力 - 石灰和外形来评估基于ML的信用评分模型。对于这项研究，我们还使用机器学习算法来开发新的投资模型，并探索可以最大化盈利能力同时最大程度地降低风险的投资组合策略。

围绕深度学习算法的长期挑战是解开和了解它们如何做出决定。可解释的人工智能（XAI）提供了方法，以解释算法的内部功能及其决策背后的原因，这些方式以人类用户的解释和可理解的方式提供了解释。 。到目前为止，已经开发了许多XAI方法，并且对这些策略进行比较分析似乎是为了辨别它们与临床预测模型的相关性。为此，我们首先实施了两个使用结构化表格和时间序列生理数据的创伤性脑损伤（TBI）（TBI）的预测模型。使用六种不同的解释技术来描述本地和全球水平的预测模型。然后，我们对每种策略的优点和缺点进行了批判性分析，突出了对使用这些方法感兴趣的研究人员的影响。根据几种XAI特征，例如可理解性，忠诚度和稳定性，将实施的方法相互比较。我们的发现表明，Shap是最稳定的，其保真度最高，但缺乏可理解性。另一方面，锚是最可理解的方法，但仅适用于表格数据而不是时间序列数据。

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.

最先进的实体匹配（EM）方法很难解释，并且为EM带来可解释的AI具有重要的价值。不幸的是，大多数流行的解释性方法无法开箱即用，需要适应。在本文中，我们确定了将本地事后特征归因方法应用于实体匹配的三个挑战：跨记录的交互作用，不匹配的解释和灵敏度变化。我们提出了新颖的模型 - 静态和模式 - 富含模型的方法柠檬柠檬，该方法通过（i）产生双重解释来避免交叉记录的互动效果来应对所有三个挑战，（ii）介绍了归因潜力的新颖概念，以解释两个记录如何能够拥有如何具有匹配，（iii）自动选择解释粒度以匹配匹配器和记录对的灵敏度。公共数据集上的实验表明，所提出的方法更忠实于匹配器，并且在帮助用户了解匹配器的决策边界的工作中比以前的工作更具忠诚度。此外，用户研究表明，与标准的解释相比石灰的适应。

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。

我们在数字世界中采取的每一步都会落后于我们行为的记录;数字足迹。研究表明，算法可以将这些数字足迹转化为精确的心理特征估计，包括人格特质，心理健康或情报。然而，AI产生这些见解的机制通常保持不透明。在本文中，我们展示了如何解释AI（XAI）可以帮助域专家和数据主体验证，问题和改进分类数字足迹的心理特征的模型。我们在来自金融交易数据的大五个人格预测（特征和方面）的范围内，详细说明了两个流行的XAI方法（规则提取和反事实解释）（n = 6,408）。首先，我们展示了全球规则提取在模型中标识的消费模式中如何阐明了最重要的人格，并讨论这些规则如何用于解释，验证和改进模型。其次，我们实施当地规则提取，以表明，由于其独特的财务行为，个人分配给个性课程，并且模型的预测信心与促进预测的特征数量之间存在积极的联系。我们的实验突出了全球和本地XAI方法的重要性。通过更好地了解预测模型如何工作，以及他们如何获得特定人的结果，Xai促进了一个世界的问责制，其中AI影响了世界各地数十亿人的生命。

人工智能（AI）和机器学习（ML）在网络安全挑战中的应用已在行业和学术界的吸引力，部分原因是对关键系统（例如云基础架构和政府机构）的广泛恶意软件攻击。入侵检测系统（IDS）使用某些形式的AI，由于能够以高预测准确性处理大量数据，因此获得了广泛的采用。这些系统托管在组织网络安全操作中心（CSOC）中，作为一种防御工具，可监视和检测恶意网络流，否则会影响机密性，完整性和可用性（CIA）。 CSOC分析师依靠这些系统来决定检测到的威胁。但是，使用深度学习（DL）技术设计的IDS通常被视为黑匣子模型，并且没有为其预测提供理由。这为CSOC分析师造成了障碍，因为他们无法根据模型的预测改善决策。解决此问题的一种解决方案是设计可解释的ID（X-IDS）。这项调查回顾了可解释的AI（XAI）的最先进的ID，目前的挑战，并讨论了这些挑战如何涉及X-ID的设计。特别是，我们全面讨论了黑匣子和白盒方法。我们还在这些方法之间的性能和产生解释的能力方面提出了权衡。此外，我们提出了一种通用体系结构，该建筑认为人类在循环中，该架构可以用作设计X-ID时的指南。研究建议是从三个关键观点提出的：需要定义ID的解释性，需要为各种利益相关者量身定制的解释以及设计指标来评估解释的需求。