The findable, accessible, interoperable, and reusable (FAIR) data principles have provided a framework for examining, evaluating, and improving how we share data with the aim of facilitating scientific discovery. Efforts have been made to generalize these principles to research software and other digital products. Artificial intelligence (AI) models -- algorithms that have been trained on data rather than explicitly programmed -- are an important target for this because of the ever-increasing pace with which AI is transforming scientific and engineering domains. In this paper, we propose a practical definition of FAIR principles for AI models and create a FAIR AI project template that promotes adherence to these principles. We demonstrate how to implement these principles using a concrete example from experimental high energy physics: a graph neural network for identifying Higgs bosons decaying to bottom quarks. We study the robustness of these FAIR AI models and their portability across hardware architectures and software frameworks, and report new insights on the interpretability of AI predictions by studying the interplay between FAIR datasets and AI models. Enabled by publishing FAIR AI models, these studies pave the way toward reliable and automated AI-driven scientific discovery.

Recent developments in the methods of explainable AI (XAI) methods allow researchers to explore the inner workings of deep neural networks (DNNs), revealing crucial information about input-output relationships and realizing how data connects with machine learning models. In this paper we explore interpretability of DNN models designed to identify jets coming from top quark decay in high energy proton-proton collisions at the Large Hadron Collider (LHC). We review a subset of existing top tagger models and explore different quantitative methods to identify which features play the most important roles in identifying the top jets. We also investigate how and why feature importance varies across different XAI metrics, how feature correlations impact their explainability, and how latent space representations encode information as well as correlate with physically meaningful quantities. Our studies uncover some major pitfalls of existing XAI methods and illustrate how they can be overcome to obtain consistent and meaningful interpretation of these models. We additionally illustrate the activity of hidden layers as Neural Activation Pattern (NAP) diagrams and demonstrate how they can be used to understand how DNNs relay information across the layers and how this understanding can help to make such models significantly simpler by allowing effective model reoptimization and hyperparameter tuning. By incorporating observations from the interpretability studies, we obtain state-of-the-art top tagging performance from augmented implementation of existing network

科学数据的一套简洁且可衡量的公平（可访问，可互操作和可重复使用的）原则正在转变用于数据管理和管理的最新实践，以支持和支持发现和创新。从这项计划中学习，并承认人工智能（AI）在科学和工程实践中的影响，我们为AI模型引入了一套实用，简洁和可衡量的公平原则。我们展示了如何在统一的计算框架内创建和共享公平的数据和AI模型，结合了以下要素：Argonne国家实验室的高级光子源，材料数据设施，科学数据和学习中心，Funcx和Argonne Leadersition的数据和学习中心计算设施（ALCF），尤其是ALCF AI测试台的Thetagpu SuperCuputer和Sambanova Datascale系统。我们描述了如何利用这种域 - 不足的计算框架来实现自主AI驱动的发现。

在2015年和2019年之间，地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”，研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用，并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人，仍然在测试阶段，承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中，在研究和开发的那些中，最相关的新工具以及对其性能的评估。

神经网络在高能量物理学研究中无处不在。但是，这些高度非线性的参数化函数被视为\ textit {black box} - 其内部运作以传达信息并构建所需的输入输出关系通常是棘手的。可解释的AI（XAI）方法可用于确定神经模型与数据的关系，以通过在输入与模型输出之间建立定量和可拖动的关系来使其与数据\ TextIt {cundinal {ablesable}。在这封信中，我们探讨了在高能量物理学问题的背景下使用XAI方法的潜力。

Machine Learning for Source Code (ML4Code) is an active research field in which extensive experimentation is needed to discover how to best use source code's richly structured information. With this in mind, we introduce JEMMA, an Extensible Java Dataset for ML4Code Applications, which is a large-scale, diverse, and high-quality dataset targeted at ML4Code. Our goal with JEMMA is to lower the barrier to entry in ML4Code by providing the building blocks to experiment with source code models and tasks. JEMMA comes with a considerable amount of pre-processed information such as metadata, representations (e.g., code tokens, ASTs, graphs), and several properties (e.g., metrics, static analysis results) for 50,000 Java projects from the 50KC dataset, with over 1.2 million classes and over 8 million methods. JEMMA is also extensible allowing users to add new properties and representations to the dataset, and evaluate tasks on them. Thus, JEMMA becomes a workbench that researchers can use to experiment with novel representations and tasks operating on source code. To demonstrate the utility of the dataset, we also report results from two empirical studies on our data, ultimately showing that significant work lies ahead in the design of context-aware source code models that can reason over a broader network of source code entities in a software project, the very task that JEMMA is designed to help with.

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。

机器学习（ML）研究出版物通常在GitHub上提供开源实现，使他们的受众可以复制，验证甚至扩展机器学习算法，数据集和元数据。但是，到目前为止，关于此类ML研究存储库的协作活动程度知之甚少，特别是（1）此类存储库从叉子获得贡献的程度，（2）此类贡献的性质（即类型，变化），以及（3）变更的性质，这些变化未归还给叉子，这可能代表了错过的机会。在本文中，我们对1,346毫升研究存储库及其67,369叉进行了验证，无论是定量还是定性（通过Hindle等人的构建代码更改的开创性分类法）。我们发现，尽管ML研究存储库是大量分叉的，但只有9％的叉子对叉子存储库进行了修改。后者的42％发送给家长存储库的更改，其中一半（52％）被父家存储库接受。我们对539个贡献的定性分析和378个本地（仅叉）变化，扩展了Hindle等人的分类法，其中一个与ML（数据）相关的新顶级变更类别和15个新的子类别，包括9个ML--特定的（输入数据，输出数据，程序数据，共享，变更评估，参数调整，性能，预处理，模型培训）。虽然没有由叉子造成的更改主要是涉及域特定于域的定制和本地实验（例如，参数调整），但原点ML存储库确实错过了不可忽视的15.4％文档更改的13.6％的功能更改，而功能更改的13.6％和11.4％的错误修复更改。本文中的发现将对从业者，研究人员，工具匠和教育者有用。

Establishing open and general benchmarks has been a critical driving force behind the success of modern machine learning techniques. As machine learning is being applied to broader domains and tasks, there is a need to establish richer and more diverse benchmarks to better reflect the reality of the application scenarios. Graph learning is an emerging field of machine learning that urgently needs more and better benchmarks. To accommodate the need, we introduce Graph Learning Indexer (GLI), a benchmark curation platform for graph learning. In comparison to existing graph learning benchmark libraries, GLI highlights two novel design objectives. First, GLI is designed to incentivize \emph{dataset contributors}. In particular, we incorporate various measures to minimize the effort of contributing and maintaining a dataset, increase the usability of the contributed dataset, as well as encourage attributions to different contributors of the dataset. Second, GLI is designed to curate a knowledge base, instead of a plain collection, of benchmark datasets. We use multiple sources of meta information to augment the benchmark datasets with \emph{rich characteristics}, so that they can be easily selected and used in downstream research or development. The source code of GLI is available at \url{https://github.com/Graph-Learning-Benchmarks/gli}.

比较不同的汽车框架是具有挑战性的，并且经常做错了。我们引入了一个开放且可扩展的基准测试，该基准遵循最佳实践，并在比较自动框架时避免常见错误。我们对71个分类和33项回归任务进行了9个著名的自动框架进行了详尽的比较。通过多面分析，评估模型的准确性，与推理时间的权衡以及框架失败，探索了自动框架之间的差异。我们还使用Bradley-terry树来发现相对自动框架排名不同的任务子集。基准配备了一个开源工具，该工具与许多自动框架集成并自动化经验评估过程端到端：从框架安装和资源分配到深入评估。基准测试使用公共数据集，可以轻松地使用其他Automl框架和任务扩展，并且具有最新结果的网站。

The International Workshop on Reading Music Systems (WoRMS) is a workshop that tries to connect researchers who develop systems for reading music, such as in the field of Optical Music Recognition, with other researchers and practitioners that could benefit from such systems, like librarians or musicologists. The relevant topics of interest for the workshop include, but are not limited to: Music reading systems; Optical music recognition; Datasets and performance evaluation; Image processing on music scores; Writer identification; Authoring, editing, storing and presentation systems for music scores; Multi-modal systems; Novel input-methods for music to produce written music; Web-based Music Information Retrieval services; Applications and projects; Use-cases related to written music. These are the proceedings of the 3rd International Workshop on Reading Music Systems, held in Alicante on the 23rd of July 2021.

可解释的人工智能（XAI）的新兴领域旨在为当今强大但不透明的深度学习模型带来透明度。尽管本地XAI方法以归因图的形式解释了个体预测，从而确定了重要特征的发生位置（但没有提供有关其代表的信息），但全局解释技术可视化模型通常学会的编码的概念。因此，两种方法仅提供部分见解，并留下将模型推理解释的负担。只有少数当代技术旨在将本地和全球XAI背后的原则结合起来，以获取更多信息的解释。但是，这些方法通常仅限于特定的模型体系结构，或对培训制度或数据和标签可用性施加其他要求，这实际上使事后应用程序成为任意预训练的模型。在这项工作中，我们介绍了概念相关性传播方法（CRP）方法，该方法结合了XAI的本地和全球观点，因此允许回答“何处”和“ where”和“什么”问题，而没有其他约束。我们进一步介绍了相关性最大化的原则，以根据模型对模型的有用性找到代表性的示例。因此，我们提高了对激活最大化及其局限性的共同实践的依赖。我们证明了我们方法在各种环境中的能力，展示了概念相关性传播和相关性最大化导致了更加可解释的解释，并通过概念图表，概念组成分析和概念集合和概念子区和概念子区和概念子集和定量研究对模型的表示和推理提供了深刻的见解。它们在细粒度决策中的作用。

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。

无论是在功能选择的领域还是可解释的AI领域，都有基于其重要性的“排名”功能的愿望。然后可以将这种功能重要的排名用于：（1）减少数据集大小或（2）解释机器学习模型。但是，在文献中，这种特征排名没有以系统的，一致的方式评估。许多论文都有不同的方式来争论哪些具有重要性排名最佳的特征。本文通过提出一种新的评估方法来填补这一空白。通过使用合成数据集，可以事先知道特征重要性得分，从而可以进行更系统的评估。为了促进使用新方法的大规模实验，在Python建造了一个名为FSEVAL的基准测定框架。该框架允许并行运行实验，并在HPC系统上的计算机上分布。通过与名为“权重和偏见”的在线平台集成，可以在实时仪表板上进行交互探索图表。该软件作为开源软件发布，并在PYPI平台上以包裹发行。该研究结束时，探索了一个这样的大规模实验，以在许多方面找到参与算法的优势和劣势。

Artificial Intelligence (AI) is having a tremendous impact across most areas of science. Applications of AI in healthcare have the potential to improve our ability to detect, diagnose, prognose, and intervene on human disease. For AI models to be used clinically, they need to be made safe, reproducible and robust, and the underlying software framework must be aware of the particularities (e.g. geometry, physiology, physics) of medical data being processed. This work introduces MONAI, a freely available, community-supported, and consortium-led PyTorch-based framework for deep learning in healthcare. MONAI extends PyTorch to support medical data, with a particular focus on imaging, and provide purpose-specific AI model architectures, transformations and utilities that streamline the development and deployment of medical AI models. MONAI follows best practices for software-development, providing an easy-to-use, robust, well-documented, and well-tested software framework. MONAI preserves the simple, additive, and compositional approach of its underlying PyTorch libraries. MONAI is being used by and receiving contributions from research, clinical and industrial teams from around the world, who are pursuing applications spanning nearly every aspect of healthcare.

去年的特征是不透明的自动决策支持系统（例如深神经网络（DNNS））激增。尽管它们具有出色的概括和预测技能，但其功能不允许对其行为获得详细的解释。由于不透明的机器学习模型越来越多地用于在关键环境中做出重要的预测，因此危险是创建和使用不合理或合法的决策。因此，关于赋予机器学习模型具有解释性的重要性有一个普遍的共识。可解释的人工智能（XAI）技术可以用来验证和认证模型输出，并以可信赖，问责制，透明度和公平等理想的概念来增强它们。本指南旨在成为任何具有计算机科学背景的受众的首选手册，旨在获得对机器学习模型的直观见解，并伴随着笔直，快速和直观的解释。本文旨在通过在其特定的日常型号，数据集和用例中应用XAI技术来填补缺乏引人注目的XAI指南。图1充当读者的流程图/地图，应帮助他根据自己的数据类型找到理想的使用方法。在每章中，读者将找到所提出的方法的描述，以及在生物医学应用程序和Python笔记本上使用的示例。它可以轻松修改以应用于特定应用程序。

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。

我们描述了作为黑暗机器倡议和LES Houches 2019年物理学研讨会进行的数据挑战的结果。挑战的目标是使用无监督机器学习算法检测LHC新物理学的信号。首先，我们提出了如何实现异常分数以在LHC搜索中定义独立于模型的信号区域。我们定义并描述了一个大型基准数据集，由> 10亿美元的Muton-Proton碰撞，其中包含> 10亿美元的模拟LHC事件组成。然后，我们在数据挑战的背景下审查了各种异常检测和密度估计算法，我们在一组现实分析环境中测量了它们的性能。我们绘制了一些有用的结论，可以帮助开发无监督的新物理搜索在LHC的第三次运行期间，并为我们的基准数据集提供用于HTTPS://www.phenomldata.org的未来研究。重现分析的代码在https://github.com/bostdiek/darkmachines-unsupervisedChallenge提供。

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。

模型用于软件工程（SE）和人工智能（AI）。 SE模型可以在不同抽象层次的架构中指定架构，并从早期概念化和设计，从软件开发生命周期的各个阶段解决不同的问题，以验证，实施，测试和演化。然而，AI模型可以提供智能能力，例如预测和决策支持。例如，在机器学习（ml）中，这是目前是AI的最受欢迎的子学科，数学模型可能会在观察到的数据中学习有用的模式，并且可以成为能够进行预测。这项工作的目标是通过将在所述社区的模型聚集在一起并提出一种需要ML的智能系统的模型驱动软件开发的整体方法来创建协同作用。我们说明了软件模型如何能够以无缝方式创建和处理ML模型。主要焦点位于事物互联网（物联网）的领域，其中ML和模型驱动的SE都发挥着关键作用。在需要采取有针对性架构的网络物理系统的系统视角下，SE和ML子系统的集成设计环境将最能支持所得系统实现的优化和整体效率。特别是，我们实现了基于INTOMML的CL-Quadrat的所提出的方法，并使用来自物联网域的案例研究以及经验用户评估来验证它。它归还所提出的方法不仅是可行的，而且还可能有助于与IOT连接的智能网络物理系统（CPS）的软件开发的性能飞跃，以及增强的使用者的用户体验建议的建模解决方案。