尽管促进机器学习（ML）公平的最新进展激增，但现有的主流方法主要需要培训或填充神经网络的整个权重以满足公平标准。但是，由于较大的计算和存储成本，低数据效率和模型隐私问题，对于那些大规模训练的模型来说，这通常是不可行的。在本文中，我们提出了一种称为FairreProgragr的新的通用公平学习范式，该范式结合了模型重编程技术。具体而言，Fairreprogrogram考虑了固定的神经模型，而是将输入一组扰动（称为公平触发器）附加到，该触发触发器在Min-Max公式下朝着公平标准调整为公平触发器。我们进一步介绍了一个信息理论框架，该框架解释了为什么以及在什么条件下，使用公平触发器可以实现公平目标。我们从理论和经验上都表明，公平触发器可以通过提供错误的人口统计信息来有效地掩盖固定ML模型的输出预测中的人口偏见，从而阻碍模型利用正确的人口统计信息来进行预测。对NLP和CV数据集进行的广泛实验表明，与在两个广泛使用的公平标准下，基于培训成本和数据依赖性的基于重新培训的方法相比，我们的方法可以实现更好的公平性改进。
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In consequential decision-making applications, mitigating unwanted biases in machine learning models that yield systematic disadvantage to members of groups delineated by sensitive attributes such as race and gender is one key intervention to strive for equity. Focusing on demographic parity and equality of opportunity, in this paper we propose an algorithm that improves the fairness of a pre-trained classifier by simply dropping carefully selected training data points. We select instances based on their influence on the fairness metric of interest, computed using an infinitesimal jackknife-based approach. The dropping of training points is done in principle, but in practice does not require the model to be refit. Crucially, we find that such an intervention does not substantially reduce the predictive performance of the model but drastically improves the fairness metric. Through careful experiments, we evaluate the effectiveness of the proposed approach on diverse tasks and find that it consistently improves upon existing alternatives.
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机器学习模型在高赌注应用中变得普遍存在。尽管在绩效方面有明显的效益，但该模型可以表现出对少数民族群体的偏见，并导致决策过程中的公平问题，导致对个人和社会的严重负面影响。近年来，已经开发了各种技术来减轻机器学习模型的偏差。其中，加工方法已经增加了社区的关注，在模型设计期间直接考虑公平，以诱导本质上公平的模型，从根本上减轻了产出和陈述中的公平问题。在本调查中，我们审查了加工偏置减缓技术的当前进展。基于在模型中实现公平的地方，我们将它们分类为明确和隐性的方法，前者直接在培训目标中纳入公平度量，后者重点介绍精炼潜在代表学习。最后，我们在讨论该社区中的研究挑战来讨论调查，以激励未来的探索。
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最近，公平感知学习已经变得越来越重要，但我们注意到这些方法的大多数方法是通过假设完全注释的组标签的可用性来运作。我们强调，这种假设对于现实世界的应用是不现实的，因为组标签注释昂贵，并且可以与隐私问题冲突。在本文中，我们考虑了一种更实际的场景，称为算法公平，部分注释的组标签（Fair-PG）。我们观察到现有的公平方法，该方法仅使用与组标签的数据，表现比Vanilla培训更糟糕，这仅在Fair-PG下使用目标标签使用完整数据。为了解决这个问题，我们提出了一个简单的基于席信的群标签分配（CGL）策略，这些策略随时适用于任何公平意识的学习方法。我们的CGL利用辅助组分类器分配伪组标签，其中随机标签分配给低自信的样本。我们首先理论上表明，在公平标准方面，我们的方法设计优于香草伪标签策略。然后，我们经验展示了通过组合CGL和最先进的公平性的处理方法，与基线方法相比结合CGL和最先进的公平知识的处理方法，将目标精度和公平度量进行联合改善。此外，我们令人信服地表明，我们的CGL使得自然地将给定的组标记的数据集自然使用外部数据集仅适用于目标标签，以便可以提高精度和公平度量。我们将公开释放我们的实施，以便将来的研究重现我们的结果。
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由于其在不同领域的应用继续扩大和多样化，因此机器学习的公平正在越来越越来越受到关注。为了减轻不同人口组之间的区分模型行为，我们介绍了一种新的后处理方法来通过组感知阈值适应优化多个公平性约束。我们建议通过优化从分类模型输出的概率分布估计的混淆矩阵来学习每个人口统计组的自适应分类阈值。由于我们仅需要模型输出的估计概率分布而不是分类模型结构，我们的后处理模型可以应用于各种分类模型，并以模型 - 不可知方式提高公平性并确保隐私。这甚至允许我们在后处理现有的公平方法，以进一步提高准确性和公平性之间的权衡。此外，我们的模型具有低计算成本。我们为我们的优化算法的收敛性提供严格的理论分析和我们方法的准确性和公平性之间的权衡。我们的方法理论上使得能够在与现有方法相同的情况下的近最优性的更好的上限。实验结果表明，我们的方法优于最先进的方法，并获得最接近理论精度公平折衷边界的结果。
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我们解决了分类中群体公平的问题，目的是学习不会不公正地歧视人口亚组的模型。大多数现有方法仅限于简单的二进制任务或涉及难以实施培训机制。这降低了他们的实际适用性。在本文中，我们提出了Fairgrad，这是一种基于重新加权方案来实施公平性的方法，该计划根据是否有优势地迭代地学习特定权重。Fairgrad易于实施，可以适应各种标准公平定义。此外，我们表明它与各种数据集的标准基线相媲美，包括自然语言处理和计算机视觉中使用的数据集。
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现代机器学习（ML）模型越来越流行，并广泛用于决策系统。但是，研究表明，ML歧视和不公平性的关键问题阻碍了他们对高级应用程序的采用。对公平分类器的最新研究引起了人们的重大关注，以开发有效的算法以实现公平性和良好的分类性能。尽管这些公平感知到的机器学习模型取得了巨大的成功，但大多数现有模型都需要敏感属性来预处理数据，将模型学习正规化或后处理预测以具有公平的预测。但是，由于隐私，法律或法规限制，敏感属性通常是不完整甚至不可用的。尽管我们缺乏训练目标域中公平模型的敏感属性，但可能存在具有敏感属性的类似域。因此，重要的是从类似域中利用辅助信息，以帮助改善目标域中的公平分类。因此，在本文中，我们研究了探索域适应以进行公平分类的新问题。我们提出了一个新框架，可以同时估算目标域中的公平分类器时，可以同时估算敏感属性。现实世界数据集的广泛实验说明了提出的公平分类模型的有效性，即使目标域中没有敏感属性。
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Despite being responsible for state-of-the-art results in several computer vision and natural language processing tasks, neural networks have faced harsh criticism due to some of their current shortcomings. One of them is that neural networks are correlation machines prone to model biases within the data instead of focusing on actual useful causal relationships. This problem is particularly serious in application domains affected by aspects such as race, gender, and age. To prevent models from incurring on unfair decision-making, the AI community has concentrated efforts in correcting algorithmic biases, giving rise to the research area now widely known as fairness in AI. In this survey paper, we provide an in-depth overview of the main debiasing methods for fairness-aware neural networks in the context of vision and language research. We propose a novel taxonomy to better organize the literature on debiasing methods for fairness, and we discuss the current challenges, trends, and important future work directions for the interested researcher and practitioner.
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深度神经网络用于图像识别任务（例如预测笑脸）的性能会以代表性不足的敏感属性类别降低。我们通过基于人口统计学奇偶校验，均衡赔率和新型的联合会措施的批估计估计来引入公平意识的正规化损失来解决这个问题。对Celeba，UTKFACE和SIIM-ISIC黑色素瘤分类挑战的面部和医学图像进行的实验表明，我们提出的公平性损失对偏置缓解的有效性，因为它们可以改善模型公平，同时保持高分类性能。据我们所知，我们的工作是首次尝试将这些类型的损失纳入端到端培训方案，以减轻视觉属性预测指标的偏见。我们的代码可在https://github.com/nish03/fvap上找到。
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尽管大规模的经验风险最小化（ERM）在各种机器学习任务中取得了高精度，但公平的ERM受到公平限制与随机优化的不兼容的阻碍。我们考虑具有离散敏感属性以及可能需要随机求解器的可能性大型模型和数据集的公平分类问题。现有的内部处理公平算法在大规模设置中要么是不切实际的，因为它们需要在每次迭代时进行大量数据，要么不保证它们会收敛。在本文中，我们开发了第一个具有保证收敛性的随机内处理公平算法。对于人口统计学，均衡的赔率和公平的机会均等的概念，我们提供了算法的略有变化，称为Fermi，并证明这些变化中的每一个都以任何批次大小收敛于随机优化。从经验上讲，我们表明Fermi适合具有多个（非二进制）敏感属性和非二进制目标的随机求解器，即使Minibatch大小也很小，也可以很好地表现。广泛的实验表明，与最先进的基准相比，FERMI实现了所有经过测试的设置之间的公平违规和测试准确性之间最有利的权衡，该基准是人口统计学奇偶校验，均衡的赔率，均等机会，均等机会。这些好处在小批量的大小和非二元分类具有大量敏感属性的情况下尤其重要，这使得费米成为大规模问题的实用公平算法。
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分类，一种重大研究的数据驱动机器学习任务，驱动越来越多的预测系统，涉及批准的人类决策，如贷款批准和犯罪风险评估。然而，分类器经常展示歧视性行为，特别是当呈现有偏置数据时。因此，分类公平已经成为一个高优先级的研究区。数据管理研究显示与数据和算法公平有关的主题的增加和兴趣，包括公平分类的主题。公平分类的跨学科努力，具有最大存在的机器学习研究，导致大量的公平概念和尚未系统地评估和比较的广泛方法。在本文中，我们对13个公平分类方法和额外变种的广泛分析，超越，公平，公平，效率，可扩展性，对数据误差的鲁棒性，对潜在的ML模型，数据效率和使用各种指标的稳定性的敏感性和稳定性现实世界数据集。我们的分析突出了对不同指标的影响的新颖见解和高级方法特征对不同方面的性能方面。我们还讨论了选择适合不同实际设置的方法的一般原则，并确定以数据管理为中心的解决方案可能产生最大影响的区域。
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公平性是一个标准，重点是评估不同人口组的算法性能，它引起了自然语言处理，推荐系统和面部识别的关注。由于医学图像样本中有很多人口统计学属性，因此了解公平的概念，熟悉不公平的缓解技术，评估算法的公平程度并认识到医疗图像分析（媒体）中的公平问题中的挑战很重要。在本文中，我们首先给出了公平性的全面和精确的定义，然后通过在媒体中引入当前使用的技术中使用的技术。之后，我们列出了包含人口统计属性的公共医疗图像数据集，以促进公平研究并总结有关媒体公平性的当前算法。为了帮助更好地理解公平性，并引起人们对媒体中与公平性有关的问题的关注，进行了实验，比较公平性和数据失衡之间的差异，验证各种媒体任务中不公平的存在，尤其是在分类，细分和检测以及评估不公平缓解算法的有效性。最后，我们以媒体公平性的机会和挑战得出结论。
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已经发现深层图像分类器可以从数据集中学习偏差。为了减轻偏见，大多数以前的方法都需要标签受保护的属性（例如，年龄，肤色）为全套，这有两个限制：1）当标签不可用时，它是不可行的； 2）它们无法缓解未知的偏见 - 人类没有先入为主的偏见。为了解决这些问题，我们提出了偏见的替代网络（Debian），该网络包括两个网络 - 一个发现者和一个分类器。通过以另一种方式培训，发现者试图找到分类器的多个未知偏见，而无需任何偏见注释，分类器的目的是删除发现者确定的偏见。虽然先前的作品评估了单个偏差的结果，但我们创建了多色MNIST数据集，以更好地缓解多偏差设置中的多个偏差，这不仅揭示了以前的方法中的问题，而且还展示了Debian的优势。在同时识别和减轻多种偏见时。我们进一步对现实世界数据集进行了广泛的实验，表明Debian中的发现者可以识别人类可能很难找到的未知偏见。关于辩护，Debian实现了强烈的偏见缓解绩效。
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尽管机器学习模式的发展迅速和巨大成功，但广泛的研究暴露了继承潜在歧视和培训数据的社会偏见的缺点。这种现象阻碍了他们在高利益应用上采用。因此，已经采取了许多努力开发公平机器学习模型。其中大多数要求在培训期间提供敏感属性以学习公平的模型。然而，在许多现实世界应用中，由于隐私或法律问题，获得敏感的属性通常是不可行的，这挑战了现有的公平策略。虽然每个数据样本的敏感属性未知，但我们观察到训练数据中通常存在一些与敏感属性高度相关的非敏感功能，这可以用于缓解偏差。因此，在本文中，我们研究了一种探索与学习公平和准确分类器的敏感属性高度相关的特征的新问题。理论上我们通过最小化这些相关特征与模型预测之间的相关性，我们可以学习一个公平的分类器。基于这种动机，我们提出了一种新颖的框架，该框架同时使用这些相关的特征来准确预测和执行公平性。此外，该模型可以动态调整每个相关功能的正则化权重，以平衡其对模型分类和公平性的贡献。现实世界数据集的实验结果证明了拟议模型用于学习公平模型的效力，具有高分类准确性。
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文献中已经提出了各种公平限制，以减轻小组级统计偏见。它们的影响已在很大程度上评估了与一组敏感属性（例如种族或性别）相对应的不同人群。尽管如此，社区尚未观察到足够的探索，以实例限制公平的限制。基于影响功能的概念，该措施表征了训练示例对目标模型及其预测性能的影响，这项工作研究了施加公平性约束时训练示例的影响。我们发现，在某些假设下，关于公平限制的影响功能可以分解为训练示例的内核组合。提出的公平影响功能的一种有希望的应用是确定可疑的训练示例，这些训练示例可能通过对其影响得分进行排名来导致模型歧视。我们通过广泛的实验证明，对一部分重量数据示例进行培训会导致违反公平性的侵犯，而准确性的权衡。
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随着算法治理的快速发展，公平性已成为机器学习模型的强制性属性，以抑制无意的歧视。在本文中，我们着重于实现公平性的预处理方面，并提出了一种数据重新拨打的方法，该方法仅在培训阶段调整样本的重量。与通常为每个（子）组分配均匀权重的大多数以前的重新校正方法不同，我们对每个训练样本在与公平相关的数量和预测效用方面的影响进行颗粒片，并根据在从影响下的影响下对单个权重进行计算。公平和效用。实验结果表明，以前的方法以不可忽略的实用性成本达到公平性，而为了取得重大优势，我们的方法可以从经验上释放权衡并获得无需成本的公平就可以平等机会。与多个现实世界表格数据集中的基线方法相比，我们通过香草分类器和标准培训过程证明了通过香草分类器和标准培训过程的公平性。可在https://github.com/brandeis-machine-learning/influence-fairness上获得代码。
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近年来，关于如何在公平限制下学习机器学习模型的越来越多的工作，通常在某些敏感属性方面表达。在这项工作中，我们考虑了对手对目标模型具有黑箱访问的设置，并表明对手可以利用有关该模型公平性的信息，以增强他对训练数据敏感属性的重建。更确切地说，我们提出了一种通用的重建校正方法，该方法将其作为对手进行的初始猜测，并纠正它以符合某些用户定义的约束（例如公平信息），同时最大程度地减少了对手猜测的变化。提出的方法对目标模型的类型，公平感知的学习方法以及对手的辅助知识不可知。为了评估我们的方法的适用性，我们对两种最先进的公平学习方法进行了彻底的实验评估，使用四个具有广泛公差的不同公平指标以及三个不同大小和敏感属性的数据集。实验结果证明了提出的方法改善训练集敏感属性的重建的有效性。
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软件2.0是软件工程的根本班次，机器学习成为新软件，由大数据和计算基础设施供电。因此，需要重新考虑软件工程，其中数据成为与代码相提并论的一流公民。一个引人注目的观察是，80-90％的机器学习过程都花在数据准备上。没有良好的数据，即使是最好的机器学习算法也不能表现良好。结果，以数据为中心的AI实践现在成为主流。不幸的是，现实世界中的许多数据集是小，肮脏，偏见，甚至中毒。在本调查中，我们研究了数据收集和数据质量的研究景观，主要用于深度学习应用。数据收集很重要，因为对于最近的深度学习方法，功能工程较小，而且需要大量数据。对于数据质量，我们研究数据验证和数据清洁技术。即使数据无法完全清洁，我们仍然可以应对模型培训期间的不完美数据，其中使用鲁棒模型培训技术。此外，虽然在传统数据管理研究中较少研究偏见和公平性，但这些问题成为现代机器学习应用中的重要主题。因此，我们研究了可以在模型培训之前，期间或之后应用的公平措施和不公平的缓解技术。我们相信数据管理界很好地解决了这些方向上的问题。
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随着计算机视觉应用程序的最新增长，尚未探索它们的公平和公正性问题。有大量证据表明，训练数据中存在的偏差反映在模型中，甚至放大。图像数据集的许多以前的方法偏见，包括基于增强数据集的模型，在计算上实现的计算昂贵。在这项研究中，我们提出了一个快速有效的模型，以通过重建并最大程度地减少预期变量之间的统计依赖性来消除图像数据集。我们的体系结构包括重建图像的U-NET，并结合了预先训练的分类器，该分类器会惩罚目标属性和受保护属性之间的统计依赖性。我们在Celeba数据集上评估了我们提出的模型，将结果与最先进的偏见方法进行比较，并证明该模型实现了有希望的公平性 - 精确性组合。
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消除偏见的同时保留所有与任务相关的信息对于公平表示学习方法具有挑战性，因为它们会产生随机或退化表示w.r.t.当敏感属性与标签相关时，标记。现有的作品提议将标签信息注入学习程序以克服此类问题。但是，并不总是满足观察到的标签是清洁的假设。实际上，标签偏见被认为是引起歧视的主要来源。换句话说，公平的预处理方法忽略了在学习过程或评估阶段中标签中编码的歧视。这一矛盾给了学识渊博的表示的公平性。为了避免此问题，我们探讨了以下问题：\ emph {我们可以学习可预测的公平表示，可预测到仅访问不可靠标签的潜在理想公平标签吗？}在这项工作中，我们建议\ textbf {d} e- \ textbf { \ textbf {r} \ textbf {f} ernenses（dbrf）框架的b} iased \ textbf {r} ePresentation学习，该框架将敏感信息从非敏感属性中解散，同时使学习的表示形式可预测到理想的公平标签，而不是观察到的偏见。我们通过信息理论概念（例如相互信息和信息瓶颈）制定了偏见的学习框架。核心概念是，当敏感信息受益于不可靠标签的预测时，DBRF提倡不使用不可靠的标签进行监督。综合数据和现实世界数据的实验结果表明，DBRF有效地学习了对理想标签的偏见表示。
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