基于机器学习(ML)的系统的制作需要在其生命周期中进行统计控制。仔细量化业务需求和识别影响业务需求的关键因素降低了项目故障的风险。业务需求的量化导致随机变量的定义,表示通过统计实验需要分析的系统关键性能指标。此外,可提供的培训和实验结果产生影响系统的设计。开发系统后,测试并不断监控,以确保其符合其业务需求。这是通过持续应用统计实验来分析和控制关键绩效指标来完成的。本书教授制作和开发基于ML的系统的艺术。它倡导“首先”方法,强调从项目生命周期开始定义统计实验的需要。它还详细讨论了如何在整个生命周期中对基于ML的系统进行统计控制。
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机器学习(ML)系统的开发和部署可以用现代工具轻松执行,但该过程通常是匆忙和意思是结束的。缺乏勤奋会导致技术债务,范围蠕变和未对准的目标,模型滥用和失败,以及昂贵的后果。另一方面,工程系统遵循明确定义的流程和测试标准,以简化高质量,可靠的结果的开发。极端是航天器系统,其中关键任务措施和鲁棒性在开发过程中根深蒂固。借鉴航天器工程和ML的经验(通过域名通过产品的研究),我们开发了一种经过验证的机器学习开发和部署的系统工程方法。我们的“机器学习技术准备水平”(MLTRL)框架定义了一个原则的过程,以确保强大,可靠和负责的系统,同时为ML工作流程流线型,包括来自传统软件工程的关键区别。 MLTRL甚至更多,MLTRL为跨团队和组织的人们定义了一个人工智能和机器学习技术的人员。在这里,我们描述了通过生产化和部署在医学诊断,消费者计算机视觉,卫星图像和粒子物理学等领域,以通过生产和部署在基本研究中开发ML方法的几个现实世界使用情况的框架和阐明。
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Advocates of algorithmic techniques like data mining argue that these techniques eliminate human biases from the decision-making process. But an algorithm is only as good as the data it works with. Data is frequently imperfect in ways that allow these algorithms to inherit the prejudices of prior decision makers. In other cases, data may simply reflect the widespread biases that persist in society at large. In still others, data mining can discover surprisingly useful regularities that are really just preexisting patterns of exclusion and inequality. Unthinking reliance on data mining can deny historically disadvantaged and vulnerable groups full participation in society. Worse still, because the resulting discrimination is almost always an unintentional emergent property of the algorithm's use rather than a conscious choice by its programmers, it can be unusually hard to identify the source of the problem or to explain it to a court. This Essay examines these concerns through the lens of American antidiscrimination law-more particularly, through Title
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背景信息:在过去几年中,机器学习(ML)一直是许多创新的核心。然而,包括在所谓的“安全关键”系统中,例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的,因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的:本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战,以及文献中提出的解决方案,以解决它们,回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统?'方法:我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述(SLR),涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题,被认为是ML认证的主要支柱:鲁棒性,不确定性,解释性,验证,安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题,并提取了提取的论文的总结。结果:单反结果突出了社区对该主题的热情,以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系,以加深域名研究。最后,它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性,这些主要柱主要主要研究。结论:我们强调了目前部署的努力,以实现ML基于ML的软件系统,并讨论了一些未来的研究方向。
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即使机器学习算法已经在数据科学中发挥了重要作用,但许多当前方法对输入数据提出了不现实的假设。由于不兼容的数据格式,或数据集中的异质,分层或完全缺少的数据片段,因此很难应用此类方法。作为解决方案,我们提出了一个用于样本表示,模型定义和培训的多功能,统一的框架,称为“ Hmill”。我们深入审查框架构建和扩展的机器学习的多个范围范式。从理论上讲,为HMILL的关键组件的设计合理,我们将通用近似定理的扩展显示到框架中实现的模型所实现的所有功能的集合。本文还包含有关我们实施中技术和绩效改进的详细讨论,该讨论将在MIT许可下发布供下载。该框架的主要资产是其灵活性,它可以通过相同的工具对不同的现实世界数据源进行建模。除了单独观察到每个对象的一组属性的标准设置外,我们解释了如何在框架中实现表示整个对象系统的图表中的消息推断。为了支持我们的主张,我们使用框架解决了网络安全域的三个不同问题。第一种用例涉及来自原始网络观察结果的IoT设备识别。在第二个问题中,我们研究了如何使用以有向图表示的操作系统的快照可以对恶意二进制文件进行分类。最后提供的示例是通过网络中实体之间建模域黑名单扩展的任务。在所有三个问题中,基于建议的框架的解决方案可实现与专业方法相当的性能。
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Alphazero,Leela Chess Zero和Stockfish Nnue革新了计算机国际象棋。本书对此类引擎的技术内部工作进行了完整的介绍。该书分为四个主要章节 - 不包括第1章(简介)和第6章(结论):第2章引入神经网络,涵盖了所有用于构建深层网络的基本构建块,例如Alphazero使用的网络。内容包括感知器,后传播和梯度下降,分类,回归,多层感知器,矢量化技术,卷积网络,挤压网络,挤压和激发网络,完全连接的网络,批处理归一化和横向归一化和跨性线性单位,残留层,剩余层,过度效果和底漆。第3章介绍了用于国际象棋发动机以及Alphazero使用的经典搜索技术。内容包括minimax,alpha-beta搜索和蒙特卡洛树搜索。第4章展示了现代国际象棋发动机的设计。除了开创性的Alphago,Alphago Zero和Alphazero我们涵盖Leela Chess Zero,Fat Fritz,Fat Fritz 2以及有效更新的神经网络(NNUE)以及MAIA。第5章是关于实施微型α。 Shexapawn是国际象棋的简约版本,被用作为此的示例。 Minimax搜索可以解决六ap峰,并产生了监督学习的培训位置。然后,作为比较,实施了类似Alphazero的训练回路,其中通过自我游戏进行训练与强化学习结合在一起。最后,比较了类似α的培训和监督培训。
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Concept drift primarily refers to an online supervised learning scenario when the relation between the input data and the target variable changes over time. Assuming a general knowledge of supervised learning in this paper we characterize adaptive learning process, categorize existing strategies for handling concept drift, overview the most representative, distinct and popular techniques and algorithms, discuss evaluation methodology of adaptive algorithms, and present a set of illustrative applications. The survey covers the different facets of concept drift in an integrated way to reflect on the existing scattered state-of-the-art. Thus, it aims at providing a comprehensive introduction to the concept drift adaptation for researchers, industry analysts and practitioners.
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\ EMPH {人工智能}(AI)系统越来越多地参与影响我们生活的决策,确保自动决策是公平的,道德已经成为最优先事项。直观地,我们觉得类似人的决定,人工代理人的判断应该必然地以一些道德原则为基础。然而,如果有关决定所基础的所有有关因素的全部信息,可以真正伦理(人类或人为)和公平(根据任何道德理论)和公平(根据公平的任何概念)的规定在决策时。这提出了两个问题:(1)在设置中,我们依赖使用通过监督学习获得的分类器的AI系统,存在一些感应/泛化,即使在学习期间也可能不存在一些相关属性。 (2)根据游戏揭示任何 - 无论是道德的纯策略都不可避免地易于剥削,建模这些决定。此外,在许多游戏中,只能通过使用混合策略来获得纳什均衡,即实现数学上最佳结果,决定必须随机化。在本文中,我们认为,在监督学习设置中,存在至少以及确定性分类器的随机分类器,因此在许多情况下可能是最佳选择。我们支持我们的理论效果,具有一个实证研究,表明对随机人工决策者的积极社会态度,并讨论了与使用与当前的AI政策和标准化举措相关的随机分类器相关的一些政策和实施问题。
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如今,由于最近在人工智能(AI)和机器学习(ML)中的近期突破,因此,智能系统和服务越来越受欢迎。然而,机器学习不仅满足软件工程,不仅具有有希望的潜力,而且还具有一些固有的挑战。尽管最近的一些研究努力,但我们仍然没有明确了解开发基于ML的申请和当前行业实践的挑战。此外,目前尚不清楚软件工程研究人员应将其努力集中起来,以更好地支持ML应用程序开发人员。在本文中,我们报告了一个旨在了解ML应用程序开发的挑战和最佳实践的调查。我们合成从80名从业者(以不同的技能,经验和应用领域)获得的结果为17个调查结果;概述ML应用程序开发的挑战和最佳实践。参与基于ML的软件系统发展的从业者可以利用总结最佳实践来提高其系统的质量。我们希望报告的挑战将通知研究界有关需要调查的主题,以改善工程过程和基于ML的申请的质量。
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随着机器学习(ML)模型和系统在不同行业的高赌注环境中的增加,保证了部署后的模型的性能变得至关重要。生产中的监测模型是确保其持续性能和可靠性的关键方面。我们展示了Amazon Sagemaker Model Monitor,这是一个完全托管的服务,不断监控亚马逊Sagemaker上托管的机器学习模型的质量。我们的系统实时地自动检测模型中的数据,概念,偏置和特征归因漂移,并提供警报,以便模型所有者可以采取纠正措施,从而保持高质量模型。我们描述了从客户,系统设计和架构获得的关键要求以及用于检测不同类型漂移的方法。此外,我们提供量化评估,然后使用案例,见解和从超过1.5年的生产部署中汲取的经验教训。
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组织依靠机器学习工程师(MLE)来操作ML,即部署和维护生产中的ML管道。操作ML或MLOP的过程包括(i)数据收集和标记的连续循环,(ii)实验以改善ML性能,(iii)在多阶段部署过程中评估,以及(iv)监视(iv)性能下降。当一起考虑这些责任似乎令人震惊 - 任何人如何进行MLOP,没有解决的挑战,对工具制造商有什么影响?我们对在包括聊天机器人,自动驾驶汽车和金融在内的许多应用程序中工作的18个MLE进行了半结构化的民族志访谈。我们的访谈暴露了三个变量,这些变量控制了生产ML部署的成功:速度,验证和版本。我们总结了成功实验,部署和维持生产绩效的共同实践。最后,我们讨论了受访者的痛点和反图案,对工具设计产生了影响。
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随着各种公开的AI伦理原则的共识,差距仍然可以随时采用设计和开发负责任的AI系统。我们研究了来自澳大利亚国家科学研究机构(CSIRO)的研究人员和工程师的实践和经验,他们参与设计和开发AI系统的一系列目的。半结构化访谈用于检查参与者的做法如何与澳大利亚政府提出的一套高级AI伦理原则涉及并对齐。原则包括:隐私保护和安全,可靠性和安全性,透明度和解释性,公平性,竞争性,责任,人以人为本的价值观和人类,社会与环境福祉。研究了研究人员和工程师的见解以及在原则的实际应用中为它们提供的挑战。最后,提供了一系列组织响应,以支持实施高级AI道德原则。
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即将开发我们呼叫所体现的系统的新一代越来越自主和自学习系统。在将这些系统部署到真实上下文中,我们面临各种工程挑战,因为它以有益的方式协调所体现的系统的行为至关重要,确保他们与我们以人为本的社会价值观的兼容性,并且设计可验证安全可靠的人类-Machine互动。我们正在争辩说,引发系统工程将来自嵌入到体现系统的温室,并确保动态联合的可信度,这种情况意识到的情境意识,意图,探索,探险,不断发展,主要是不可预测的,越来越自主的体现系统在不确定,复杂和不可预测的现实世界环境中。我们还识别了许多迫切性的系统挑战,包括可信赖的体现系统,包括强大而人为的AI,认知架构,不确定性量化,值得信赖的自融化以及持续的分析和保证。
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基于AI和机器学习的决策系统已在各种现实世界中都使用,包括医疗保健,执法,教育和金融。不再是牵强的,即设想一个未来,自治系统将推动整个业务决策,并且更广泛地支持大规模决策基础设施以解决社会最具挑战性的问题。当人类做出决定时,不公平和歧视的问题普遍存在,并且当使用几乎没有透明度,问责制和公平性的机器做出决定时(或可能会放大)。在本文中,我们介绍了\ textit {Causal公平分析}的框架,目的是填补此差距,即理解,建模,并可能解决决策设置中的公平性问题。我们方法的主要见解是将观察到数据中存在的差异的量化与基本且通常是未观察到的因果机制收集的因果机制的收集,这些机制首先会产生差异,挑战我们称之为因果公平的基本问题分析(FPCFA)。为了解决FPCFA,我们研究了分解差异和公平性的经验度量的问题,将这种变化归因于结构机制和人群的不同单位。我们的努力最终达到了公平地图,这是组织和解释文献中不同标准之间关系的首次系统尝试。最后,我们研究了进行因果公平分析并提出一本公平食谱的最低因果假设,该假设使数据科学家能够评估不同影响和不同治疗的存在。
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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。
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The optimal liability framework for AI systems remains an unsolved problem across the globe. In a much-anticipated move, the European Commission advanced two proposals outlining the European approach to AI liability in September 2022: a novel AI Liability Directive and a revision of the Product Liability Directive. They constitute the final, and much-anticipated, cornerstone of AI regulation in the EU. Crucially, the liability proposals and the EU AI Act are inherently intertwined: the latter does not contain any individual rights of affected persons, and the former lack specific, substantive rules on AI development and deployment. Taken together, these acts may well trigger a Brussels effect in AI regulation, with significant consequences for the US and other countries. This paper makes three novel contributions. First, it examines in detail the Commission proposals and shows that, while making steps in the right direction, they ultimately represent a half-hearted approach: if enacted as foreseen, AI liability in the EU will primarily rest on disclosure of evidence mechanisms and a set of narrowly defined presumptions concerning fault, defectiveness and causality. Hence, second, the article suggests amendments, which are collected in an Annex at the end of the paper. Third, based on an analysis of the key risks AI poses, the final part of the paper maps out a road for the future of AI liability and regulation, in the EU and beyond. This includes: a comprehensive framework for AI liability; provisions to support innovation; an extension to non-discrimination/algorithmic fairness, as well as explainable AI; and sustainability. I propose to jump-start sustainable AI regulation via sustainability impact assessments in the AI Act and sustainable design defects in the liability regime. In this way, the law may help spur not only fair AI and XAI, but potentially also sustainable AI (SAI).
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保证案件旨在为其最高主张的真理提供合理的信心,这通常涉及安全或保障。那么一个自然的问题是,案件提供了“多少”信心?我们认为,置信度不能简化为单个属性或测量。取而代之的是,我们建议它应该基于以三种不同观点的属性为基础:正面,消极和残留疑问。积极的观点考虑了该案件的证据和总体论点结合起来的程度,以表明其主张的信念是正当的。我们为理由设置了一个高标准,要求它是不可行的。对此的主要积极度量是健全性,它将论点解释为逻辑证明。对证据的信心可以概率地表达,我们使用确认措施来确保证据的“权重”跨越了一定的阈值。此外,可以通过使用概率逻辑的参数步骤从证据中汇总概率,以产生我们所谓的索赔概率估值。负面观点记录了对案件的怀疑和挑战,通常表示为叛逆者及其探索和解决。保证开发商必须防止确认偏见,并应在制定案件时大力探索潜在的叛逆者,并应记录下来及其解决方案,以避免返工并帮助审阅者。残留疑问:世界不确定,因此并非所有潜在的叛逆者都可以解决。我们探索风险,可能认为它们是可以接受或不可避免的。但是,至关重要的是,这些判断是有意识的判断,并且在保证案例中记录下来。本报告详细介绍了这些观点,并指示了我们的保证2.0的原型工具集如何协助他们的评估。
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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。
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这是一门专门针对STEM学生开发的介绍性机器学习课程。我们的目标是为有兴趣的读者提供基础知识,以在自己的项目中使用机器学习,并将自己熟悉术语作为进一步阅读相关文献的基础。在这些讲义中,我们讨论受监督,无监督和强化学习。注释从没有神经网络的机器学习方法的说明开始,例如原理分析,T-SNE,聚类以及线性回归和线性分类器。我们继续介绍基本和先进的神经网络结构,例如密集的进料和常规神经网络,经常性的神经网络,受限的玻尔兹曼机器,(变性)自动编码器,生成的对抗性网络。讨论了潜在空间表示的解释性问题,并使用梦和对抗性攻击的例子。最后一部分致力于加强学习,我们在其中介绍了价值功能和政策学习的基本概念。
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现在通常用于高风险设置,如医疗诊断,如医疗诊断,那么需要不确定量化,以避免后续模型失败。无分发的不确定性量化(无分布UQ)是用户友好的范式,用于为这种预测创建统计上严格的置信区间/集合。批判性地,间隔/集合有效而不进行分布假设或模型假设,即使具有最多许多DataPoints也具有显式保证。此外,它们适应输入的难度;当输入示例很困难时,不确定性间隔/集很大,信号传达模型可能是错误的。在没有多大的工作和没有再培训的情况下,可以在任何潜在的算法(例如神经网络)上使用无分​​发方法,以产生置信度集,以便包含用户指定概率,例如90%。实际上,这些方法易于理解和一般,应用于计算机视觉,自然语言处理,深度加强学习等领域出现的许多现代预测问题。这种实践介绍是针对对无需统计学家的免费UQ的实际实施感兴趣的读者。我们通过实际的理论和无分发UQ的应用领导读者,从保形预测开始,并使无关的任何风险的分布控制,如虚假发现率,假阳性分布检测,等等。我们将包括Python中的许多解释性插图,示例和代码样本,具有Pytorch语法。目标是提供读者对无分配UQ的工作理解,使它们能够将置信间隔放在算法上,其中包含一个自包含的文档。
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