网络解释作为揭示网络学习的特征的努力仍然很大程度上是可视化的。在本文中，我们的目标是在过滤器和决策级别解决语义网络解释。对于滤波器级别解释，我们表示概念滤波器编码具有视觉属性的概率分布。决策级别解释是通过在文本摘要中实现的，以生成包含网络背后的线索的解释性句子。建议贝叶斯推理算法自动将过滤器和网络决策与视觉属性相关联。人类研究证实，语义解释是对可视化方法有益的替代或补充。我们展示了语义网络解释可以在理解网络的故障模式方面发挥的至关重要作用。更重要的是，语义网络解释使得能够更好地理解模型性能与其分发度量之间的相关性，如过滤器选择性和概念稀疏性。

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。

We propose a technique for producing 'visual explanations' for decisions from a large class of Convolutional Neural Network (CNN)-based models, making them more transparent and explainable.Our approach -Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM), uses the gradients of any target concept (say 'dog' in a classification network or a sequence of words in captioning network) flowing into the final convolutional layer to produce a coarse localization map highlighting the important regions in the image for predicting the concept.Unlike previous approaches, Grad-CAM is applicable to a wide variety of CNN model-families: (1) CNNs with fullyconnected layers (e.g. VGG), (2) CNNs used for structured outputs (e.g. captioning), (3) CNNs used in tasks with multimodal inputs (e.g. visual question answering) or reinforcement learning, all without architectural changes or re-training. We combine Grad-CAM with existing fine-grained visualizations to create a high-resolution class-discriminative vi-

视觉反事实解释用来自干扰器图像的区域代替了查询图像中的图像区域，以使系统对转换图像的决策变为干扰器类。在这项工作中，我们提出了一个新颖的框架，用于根据两个关键思想计算视觉反事实说明。首先，我们强制执行替换和替换区域包含相同的语义部分，从而产生了更加一致的解释。其次，我们以计算上有效的方式使用多个干扰器图像，并获得更少的区域替代方法的更多歧视性解释。我们的方法在语义上一致性高27％，并且比三个细粒图像识别数据集的竞争方法要快27％。我们通过机器教学实验来强调反事实对现有作品的实用性，在这些实验中，我们教人类对不同的鸟类进行分类。我们还用零件和属性的词汇来补充我们的解释，这些零件和属性对系统的决定有所帮助。在此任务中，当使用相对于现有作品的反事实解释时，我们将获得最新的结果，从而增强了语义一致的解释的重要性。源代码可从https://github.com/facebookresearch/visual-counterfactuals获得。

我们大多数人不是特定领域的专家，例如鸟类学。尽管如此，我们确实有一般的图像和语言理解，我们用来匹配我们所看到的专家资源。这使我们能够扩展我们的知识并在没有临时外部监督的情况下执行新的任务。相反，除非培训专门考虑到​​这一知识，否则机器更加难以咨询专家策划知识库。因此，在本文中，我们考虑了一个新问题：没有专家注释的细粒度的图像识别，我们通过利用Web百科全书中提供的广泛知识来解决这些问题。首先，我们学习模型来描述使用非专家图像描述来描述对象的视觉外观。然后，我们培训一个细粒度的文本相似性模型，它与句子级别的文件描述匹配。我们在两个数据集上评估该方法，并与跨模型检索的几个强大的基线和最先进的技术相比。代码可用：https://github.com/subhc/clever

Despite progress in perceptual tasks such as image classification, computers still perform poorly on cognitive tasks such as image description and question answering. Cognition is core to tasks that involve not just recognizing, but reasoning about our visual world. However, models used to tackle the rich content in images for cognitive tasks are still being trained using the same datasets designed for perceptual tasks. To achieve success at cognitive tasks, models need to understand the interactions and relationships between objects in

尽管深度神经网络（DNNS）具有很大的概括和预测能力，但它们的功能不允许对其行为进行详细的解释。不透明的深度学习模型越来越多地用于在关键环境中做出重要的预测，而危险在于，它们做出和使用不能合理或合法化的预测。已经出现了几种可解释的人工智能（XAI）方法，这些方法与机器学习模型分开了，但对模型的实际功能和鲁棒性具有忠诚的缺点。结果，就具有解释能力的深度学习模型的重要性达成了广泛的协议，因此他们自己可以为为什么做出特定的预测提供答案。首先，我们通过形式化解释是什么是缺乏XAI的普遍标准的问题。我们还引入了一组公理和定义，以从数学角度阐明XAI。最后，我们提出了Greybox XAI，该框架由于使用了符号知识库（KB）而构成DNN和透明模型。我们从数据集中提取KB，并使用它来训练透明模型（即逻辑回归）。在RGB图像上训练了编码器 - 编码器架构，以产生类似于透明模型使用的KB的输出。一旦两个模型被独立训练，它们就会在组合上使用以形成可解释的预测模型。我们展示了这种新体系结构在几个数据集中如何准确且可解释的。

深层神经网络以其对各种机器学习和人工智能任务的精湛处理而闻名。但是，由于其过度参数化的黑盒性质，通常很难理解深层模型的预测结果。近年来，已经提出了许多解释工具来解释或揭示模型如何做出决策。在本文中，我们回顾了这一研究，并尝试进行全面的调查。具体来说，我们首先介绍并阐明了人们通常会感到困惑的两个基本概念 - 解释和解释性。为了解决解释中的研究工作，我们通过提出新的分类法来阐述许多解释算法的设计。然后，为了了解解释结果，我们还调查了评估解释算法的性能指标。此外，我们总结了使用“可信赖”解释算法评估模型的解释性的当前工作。最后，我们审查并讨论了深层模型的解释与其他因素之间的联系，例如对抗性鲁棒性和从解释中学习，并介绍了一些开源库，以解释算法和评估方法。

对于使用高性能机器学习算法通常不透明的决策，人们越来越担心。用特定于领域的术语对推理过程的解释对于在医疗保健等风险敏感领域中采用至关重要。我们认为，机器学习算法应该可以通过设计来解释，并且表达这些解释的语言应与域和任务有关。因此，我们将模型的预测基于数据的用户定义和特定于任务的二进制函数，每个都对最终用户有明确的解释。然后，我们最大程度地减少了在任何给定输入上准确预测所需的预期查询数。由于解决方案通常是棘手的，因此在事先工作之后，我们根据信息增益顺序选择查询。但是，与以前的工作相反，我们不必假设查询在有条件地独立。取而代之的是，我们利用随机生成模型（VAE）和MCMC算法（未经调整的Langevin）来选择基于先前的查询 - 答案的输入的最有用的查询。这使得在线确定要解决预测歧义所需的任何深度的查询链。最后，关于视觉和NLP任务的实验证明了我们的方法的功效及其优越性比事后解释的优势。

Automatically generating a natural language description of an image has attracted interests recently both because of its importance in practical applications and because it connects two major artificial intelligence fields: computer vision and natural language processing. Existing approaches are either top-down, which start from a gist of an image and convert it into words, or bottom-up, which come up with words describing various aspects of an image and then combine them. In this paper, we propose a new algorithm that combines both approaches through a model of semantic attention. Our algorithm learns to selectively attend to semantic concept proposals and fuse them into hidden states and outputs of recurrent neural networks.The selection and fusion form a feedback connecting the top-down and bottom-up computation. We evaluate our algorithm on two public benchmarks: Microsoft COCO and Flickr30K. Experimental results show that our algorithm significantly outperforms the state-of-the-art approaches consistently across different evaluation metrics.

人工智能被出现为众多临床应用诊断和治疗决策的有用援助。由于可用数据和计算能力的快速增加，深度神经网络的性能与许多任务中的临床医生相同或更好。为了符合信任AI的原则，AI系统至关重要的是透明，强大，公平和确保责任。由于对决策过程的具体细节缺乏了解，目前的深神经系统被称为黑匣子。因此，需要确保在常规临床工作流中纳入常规神经网络之前的深度神经网络的可解释性。在这一叙述审查中，我们利用系统的关键字搜索和域专业知识来确定已经基于所产生的解释和技术相似性的类型的医学图像分析应用的深度学习模型来确定九种不同类型的可解释方法。此外，我们报告了评估各种可解释方法产生的解释的进展。最后，我们讨论了局限性，提供了利用可解释性方法和未来方向的指导，了解医学成像分析深度神经网络的解释性。

深度学习的显着成功引起了人们对医学成像诊断的应用的兴趣。尽管最新的深度学习模型在分类不同类型的医学数据方面已经达到了人类水平的准确性，但这些模型在临床工作流程中几乎不采用，这主要是由于缺乏解释性。深度学习模型的黑盒子性提出了制定策略来解释这些模型的决策过程的必要性，从而导致了可解释的人工智能（XAI）主题的创建。在这种情况下，我们对应用于医学成像诊断的XAI进行了详尽的调查，包括视觉，基于示例和基于概念的解释方法。此外，这项工作回顾了现有的医学成像数据集和现有的指标，以评估解释的质量。此外，我们还包括一组基于报告生成的方法的性能比较。最后，还讨论了将XAI应用于医学成像以及有关该主题的未来研究指示的主要挑战。

连接视觉和语言在生成智能中起着重要作用。因此，已经致力于图像标题的大型研究工作，即用句法和语义有意义的句子描述图像。从2015年开始，该任务通常通过由Visual Encoder组成的管道和文本生成的语言模型来解决任务。在这些年来，两种组件通过对象区域，属性，介绍多模态连接，完全关注方法和伯特早期融合策略的利用而显着发展。但是，无论令人印象深刻的结果，图像标题的研究还没有达到结论性答案。这项工作旨在提供图像标题方法的全面概述，从视觉编码和文本生成到培训策略，数据集和评估度量。在这方面，我们量化地比较了许多相关的最先进的方法来确定架构和培训策略中最有影响力的技术创新。此外，讨论了问题的许多变体及其开放挑战。这项工作的最终目标是作为理解现有文献的工具，并突出显示计算机视觉和自然语言处理的研究领域的未来方向可以找到最佳的协同作用。

Deep neural networks are being used increasingly to automate data analysis and decision making, yet their decision-making process is largely unclear and is difficult to explain to the end users. In this paper, we address the problem of Explainable AI for deep neural networks that take images as input and output a class probability. We propose an approach called RISE that generates an importance map indicating how salient each pixel is for the model's prediction. In contrast to white-box approaches that estimate pixel importance using gradients or other internal network state, RISE works on blackbox models. It estimates importance empirically by probing the model with randomly masked versions of the input image and obtaining the corresponding outputs. We compare our approach to state-of-the-art importance extraction methods using both an automatic deletion/insertion metric and a pointing metric based on human-annotated object segments. Extensive experiments on several benchmark datasets show that our approach matches or exceeds the performance of other methods, including white-box approaches.

由于自然语言处理和基于计算机视觉模型的显着进步，视觉问题应答（VQA）系统变得越来越聪明，高级。然而，在处理相对复杂的问题时，它们仍然易于出错。因此，在采用结果之前了解VQA模型的行为非常重要。在本文中，我们通过生成反事实图像来引入VQA模型的可解释方法。具体地，所生成的图像应该具有对原始图像具有最小可能的改变，并引导VQA模型来提供不同的答案。此外，我们的方法确保生成的图像是逼真的。由于无法使用定量度量来评估模型的可解释性，因此我们进行了用户学习，以评估我们方法的不同方面。除了在单个图像上解释VQA模型的结果，所获得的结果和讨论还提供了对VQA模型的行为的广泛解释。

In this work, we revisit the global average pooling layer proposed in [13], and shed light on how it explicitly enables the convolutional neural network to have remarkable localization ability despite being trained on image-level labels. While this technique was previously proposed as a means for regularizing training, we find that it actually builds a generic localizable deep representation that can be applied to a variety of tasks. Despite the apparent simplicity of global average pooling, we are able to achieve 37.1% top-5 error for object localization on ILSVRC 2014, which is remarkably close to the 34.2% top-5 error achieved by a fully supervised CNN approach. We demonstrate that our network is able to localize the discriminative image regions on a variety of tasks despite not being trained for them.

这项调查回顾了对基于视觉的自动驾驶系统进行行为克隆训练的解释性方法。解释性的概念具有多个方面，并且需要解释性的驾驶强度是一种安全至关重要的应用。从几个研究领域收集贡献，即计算机视觉，深度学习，自动驾驶，可解释的AI（X-AI），这项调查可以解决几点。首先，它讨论了从自动驾驶系统中获得更多可解释性和解释性的定义，上下文和动机，以及该应用程序特定的挑战。其次，以事后方式为黑盒自动驾驶系统提供解释的方法是全面组织和详细的。第三，详细介绍和讨论了旨在通过设计构建更容易解释的自动驾驶系统的方法。最后，确定并检查了剩余的开放挑战和潜在的未来研究方向。

Recent years have witnessed the resurgence of knowledge engineering which is featured by the fast growth of knowledge graphs. However, most of existing knowledge graphs are represented with pure symbols, which hurts the machine's capability to understand the real world. The multi-modalization of knowledge graphs is an inevitable key step towards the realization of human-level machine intelligence. The results of this endeavor are Multi-modal Knowledge Graphs (MMKGs). In this survey on MMKGs constructed by texts and images, we first give definitions of MMKGs, followed with the preliminaries on multi-modal tasks and techniques. We then systematically review the challenges, progresses and opportunities on the construction and application of MMKGs respectively, with detailed analyses of the strength and weakness of different solutions. We finalize this survey with open research problems relevant to MMKGs.

When we are faced with challenging image classification tasks, we often explain our reasoning by dissecting the image, and pointing out prototypical aspects of one class or another. The mounting evidence for each of the classes helps us make our final decision. In this work, we introduce a deep network architectureprototypical part network (ProtoPNet), that reasons in a similar way: the network dissects the image by finding prototypical parts, and combines evidence from the prototypes to make a final classification. The model thus reasons in a way that is qualitatively similar to the way ornithologists, physicians, and others would explain to people on how to solve challenging image classification tasks. The network uses only image-level labels for training without any annotations for parts of images. We demonstrate our method on the CUB-200-2011 dataset and the Stanford Cars dataset. Our experiments show that ProtoPNet can achieve comparable accuracy with its analogous non-interpretable counterpart, and when several ProtoPNets are combined into a larger network, it can achieve an accuracy that is on par with some of the best-performing deep models. Moreover, ProtoPNet provides a level of interpretability that is absent in other interpretable deep models. * Contributed equally † DISTRIBUTION STATEMENT A. Approved for public release. Distribution is unlimited.

尽管在零射门学习（ZSL）方面取得了巨大进展，但大多数现有方法仍然依赖于人类通知的属性，这些属性很难注释和扩展。一个无监督的替代方法是使用与其语义类名称相关的单词嵌入来表示每个类。但是，从预训练的语言模型中提取的单词嵌入不一定会捕获视觉相似性，从而导致零拍的性能差。在这项工作中，我们认为在线文本文档，例如Wikipedia，包含有关对象类的丰富视觉描述，因此可以用作ZSL的强大无监督的侧面信息。为此，我们提出了I2Dformer，这是一种基于变压器的新型ZSL框架，共同学会通过在共享嵌入空间中对齐两个方式来编码图像和文档。为了从嘈杂的文档中提取歧视性的视觉单词，我们介绍了一个新的跨模式注意模块，该模块可以学习图像补丁和文档单词之间的细粒度相互作用。因此，我们的i2dformer不仅学习了捕获视觉相似性的高度歧视文档的嵌入，而且还获得了将视觉相关单词定位在图像区域中的能力。定量地，我们证明我们的i2形式在三个公共数据集上的零照片和广义零局学习设置下都显着优于先前无监督的语义嵌入。定性地，我们表明我们的方法会导致高度可解释的结果，其中文档单词可以基于图像区域。