从课堂上学习不平衡数据集对许多机器学习算法带来了挑战。许多现实世界域通过定义，通过拥有多数阶级的多数阶级，自然具有比其少数级别更多的阶级（例如，真正的银行交易比欺诈性更频繁）。已经提出了许多方法来解决类别不平衡问题，其中最受欢迎的过采样技术（例如Smote）。这些方法在少数群体类中生成合成实例，以平衡数据集，执行提高预测机器学习（ML）模型的性能的数据增强。在本文中，我们推进了一种新的数据增强方法（改编自解释的AI），它在少数类中生成合成，反事实情况。与其他过采样技术不同，该方法使用实际特征值，而不是实例之间的内插值，自适应地将存在于数据集的实例。报告了使用四种不同分类器和25个数据集的几个实验，这表明该反事实增强方法（CFA）在少数类中生成有用的合成数据点。实验还表明，CFA与许多其他过采样方法具有竞争力，其中许多过采样方法是Smote的变种。讨论了CFAS性能的基础，以及在未来测试中可能更好或更糟的情况下的条件。

An approach to the construction of classifiers from imbalanced datasets is described. A dataset is imbalanced if the classification categories are not approximately equally represented. Often real-world data sets are predominately composed of "normal" examples with only a small percentage of "abnormal" or "interesting" examples. It is also the case that the cost of misclassifying an abnormal (interesting) example as a normal example is often much higher than the cost of the reverse error. Under-sampling of the majority (normal) class has been proposed as a good means of increasing the sensitivity of a classifier to the minority class. This paper shows that a combination of our method of over-sampling the minority (abnormal) class and under-sampling the majority (normal) class can achieve better classifier performance (in ROC space) than only under-sampling the majority class. This paper also shows that a combination of our method of over-sampling the minority class and under-sampling the majority class can achieve better classifier performance (in ROC space) than varying the loss ratios in Ripper or class priors in Naive Bayes. Our method of over-sampling the minority class involves creating synthetic minority class examples. Experiments are performed using C4.5, Ripper and a Naive Bayes classifier. The method is evaluated using the area under the Receiver Operating Characteristic curve (AUC) and the ROC convex hull strategy.

从不平衡数据中学习是一项具有挑战性的任务。在进行不平衡数据训练时，标准分类算法的性能往往差。需要通过修改数据分布或重新设计基础分类算法以实现理想的性能来采用一些特殊的策略。现实世界数据集中不平衡的流行率导致为班级不平衡问题创造了多种策略。但是，并非所有策略在不同的失衡情况下都有用或提供良好的性能。处理不平衡的数据有许多方法，但是尚未进行此类技术的功效或这些技术之间的实验比较。在这项研究中，我们对26种流行抽样技术进行了全面分析，以了解它们在处理不平衡数据方面的有效性。在50个数据集上进行了严格的实验，具有不同程度的不平衡，以彻底研究这些技术的性能。已经提出了对技术的优势和局限性的详细讨论，以及如何克服此类局限性。我们确定了影响采样策略的一些关键因素，并提供有关如何为特定应用选择合适的采样技术的建议。

机器学习（ML）在渲染影响社会各个群体的决策中起着越来越重要的作用。 ML模型为刑事司法的决定，银行业中的信贷延长以及公司的招聘做法提供了信息。这提出了模型公平性的要求，这表明自动化的决策对于受保护特征（例如，性别，种族或年龄）通常是公平的，这些特征通常在数据中代表性不足。我们假设这个代表性不足的问题是数据学习不平衡问题的必然性。此类不平衡通常反映在两个类别和受保护的功能中。例如，一个班级（那些获得信用的班级）对于另一个班级（未获得信用的人）可能会过分代表，而特定组（女性）（女性）的代表性可能与另一组（男性）有关。相对于受保护组的算法公平性的关键要素是同时减少了基础培训数据中的类和受保护的群体失衡，这促进了模型准确性和公平性的提高。我们通过展示这些领域中的关键概念如何重叠和相互补充，讨论弥合失衡学习和群体公平的重要性；并提出了一种新颖的过采样算法，即公平的过采样，该算法既解决偏斜的类别分布和受保护的特征。我们的方法：（i）可以用作标准ML算法的有效预处理算法，以共同解决不平衡和群体权益； （ii）可以与公平感知的学习算法结合使用，以提高其对不同水平不平衡水平的稳健性。此外，我们迈出了一步，将公平和不平衡学习之间的差距与新的公平实用程序之间的差距弥合，从而将平衡的准确性与公平性结合在一起。

机器学习（ML）应用程序的数据量不断增长。不仅是观察的数量，特别是测量变量的数量（特征）增加了持续的数字化。选择最适合预测建模的功能是ML在商业和研究中取得成功的重要杠杆。特征选择方法（FSM）独立于某种ML算法 - 所谓的过滤方法 - 已毫无意义地建议，但研究人员和定量建模的指导很少，以选择典型ML问题的适当方法。本次审查在特征选择基准上综合了大量文献，并评估了58种方法在广泛使用的R环境中的性能。对于具体的指导，我们考虑了四种典型的数据集方案，这些情况挑战ML模型（嘈杂，冗余，不平衡数据和具有比观察特征更多的案例）。绘制早期基准的经验，该基准测试较少的FSMS，我们根据四个标准进行比较方法的性能（预测性能，所选的相关功能数，功能集和运行时的稳定性）。我们发现依赖于随机森林方法的方法，双输入对称相关滤波器（浪费）和联合杂质滤波器（Jim）是给定的数据集方案的良好性候选方法。

本文提出了一种基于对不平衡数据集的图形的新的RWO采样（随机步行过度采样）。在该方法中，引入了基于采样的下采样和过采样方法的两种方案，以使接近信息保持对噪声和异常值的鲁棒。在构建少数群体类上的第一个图形之后，RWO取样将在选定的样本上实现，其余部分保持不变。第二图是为多数类构造的，除去低密度区域（异常值）中的样品被移除。最后，在所提出的方法中，选择高密度区域中的多数类别的样品，并消除其余部分。此外，利用RWO取样，虽然未提高异常值，但虽然少数群体类的边界增加。测试该方法，并将评估措施的数量与先前的九个连续属性数据集进行比较，具有不同的过采集率和一个数据集，用于诊断Covid-19疾病。实验结果表明了所提出的不平衡数据分类方法的高效率和灵活性

Counterfactual explanations have emerged as a popular solution for the eXplainable AI (XAI) problem of elucidating the predictions of black-box deep-learning systems due to their psychological validity, flexibility across problem domains and proposed legal compliance. While over 100 counterfactual methods exist, claiming to generate plausible explanations akin to those preferred by people, few have actually been tested on users ($\sim7\%$). So, the psychological validity of these counterfactual algorithms for effective XAI for image data is not established. This issue is addressed here using a novel methodology that (i) gathers ground truth human-generated counterfactual explanations for misclassified images, in two user studies and, then, (ii) compares these human-generated ground-truth explanations to computationally-generated explanations for the same misclassifications. Results indicate that humans do not "minimally edit" images when generating counterfactual explanations. Instead, they make larger, "meaningful" edits that better approximate prototypes in the counterfactual class.

类不平衡是分类任务中经常发生的情况。从不平衡数据中学习提出了一个重大挑战，这在该领域引起了很多研究。使用采样技术进行数据预处理是处理数据中存在的不平衡的标准方法。由于标准分类算法在不平衡数据上的性能不佳，因此在培训之前，数据集需要足够平衡。这可以通过过度采样少数族裔级别或对多数级别的采样来实现。在这项研究中，已经提出了一种新型的混合采样算法。为了克服采样技术的局限性，同时确保保留采样数据集的质量，已经开发了一个复杂的框架来正确结合三种不同的采样技术。首先应用邻里清洁规则以减少失衡。然后从策略上与SMOTE算法策略性地采样，以在数据集中获得最佳平衡。该提出的混合方法学称为“ smote-rus-nc”，已与其他最先进的采样技术进行了比较。该策略进一步合并到集合学习框架中，以获得更健壮的分类算法，称为“ SRN-BRF”。对26个不平衡数据集进行了严格的实验，并具有不同程度的失衡。在几乎所有数据集中，提出的两种算法在许多情况下都超过了现有的采样策略，其差额很大。尤其是在流行抽样技术完全失败的高度不平衡数据集中，他们实现了无与伦比的性能。获得的优越结果证明了所提出的模型的功效及其在不平衡域中具有强大采样算法的潜力。

在过去的二十年中，已经采用了过采样来克服从不平衡数据集中学习的挑战。文献中提出了许多解决这一挑战的方法。另一方面，过采样是一个问题。也就是说，在解决现实世界问题时，经过虚拟数据训练的模型可能会出色地失败。过采样方法的根本困难是，鉴于现实生活中的人群，合成的样本可能并不真正属于少数群体。结果，在假装代表少数群体的同时，在这些样本上训练分类器可能会导致在现实世界中使用该模型时的预测。我们在本文中分析了大量的过采样方法，并根据隐藏了许多多数示例，设计了一种新的过采样评估系统，并将其与通过过采样过程产生的示例进行了比较。根据我们的评估系统，我们根据它们错误生成的示例进行比较对所有这些方法进行了排名。我们使用70多种超采样方法和三种不平衡现实世界数据集的实验表明，所有研究的过采样方法都会生成最有可能是多数人的少数样本。给定数据和方法，我们认为以目前的形式和方法对从类不平衡数据学习不可靠，应在现实世界中避免。

Learning classifiers using skewed or imbalanced datasets can occasionally lead to classification issues; this is a serious issue. In some cases, one class contains the majority of examples while the other, which is frequently the more important class, is nevertheless represented by a smaller proportion of examples. Using this kind of data could make many carefully designed machine-learning systems ineffective. High training fidelity was a term used to describe biases vs. all other instances of the class. The best approach to all possible remedies to this issue is typically to gain from the minority class. The article examines the most widely used methods for addressing the problem of learning with a class imbalance, including data-level, algorithm-level, hybrid, cost-sensitive learning, and deep learning, etc. including their advantages and limitations. The efficiency and performance of the classifier are assessed using a myriad of evaluation metrics.

Post-hoc explanations of machine learning models are crucial for people to understand and act on algorithmic predictions. An intriguing class of explanations is through counterfactuals, hypothetical examples that show people how to obtain a different prediction. We posit that effective counterfactual explanations should satisfy two properties: feasibility of the counterfactual actions given user context and constraints, and diversity among the counterfactuals presented. To this end, we propose a framework for generating and evaluating a diverse set of counterfactual explanations based on determinantal point processes. To evaluate the actionability of counterfactuals, we provide metrics that enable comparison of counterfactual-based methods to other local explanation methods. We further address necessary tradeoffs and point to causal implications in optimizing for counterfactuals. Our experiments on four real-world datasets show that our framework can generate a set of counterfactuals that are diverse and well approximate local decision boundaries, outperforming prior approaches to generating diverse counterfactuals. We provide an implementation of the framework at https://github.com/microsoft/DiCE. CCS CONCEPTS• Applied computing → Law, social and behavioral sciences.

由于机器学习和数据挖掘领域的不平衡数据集的分类问题，但学习的不平衡学习是重要的并且具有挑战性。提出采样方法来解决这个问题，而基于群集的过采样方法表现出很大的潜力，因为它们的目标是同时解决课堂和级别的不平衡问题。但是，所有现有的聚类方法都基于一次性方法。由于缺乏先验知识，通常存在的群集数量不当设置，这导致集群性能不佳。此外，现有方法可能会产生嘈杂的情况。为了解决这些问题，本文提出了一种基于模糊C-MATION（MLFCM）的基于深度外观信封网络的不平衡学习算法，以及基于最大均值（MINMD）的最小中间层间差异机制。在没有先前知识的情况下，该算法可以使用深度实例包络网络来保证高质量的平衡实例。在实验部分中，三十三个流行的公共数据集用于验证，并且超过十个代表性算法用于比较。实验结果表明，该方法显着优于其他流行的方法。

Dataset scaling, also known as normalization, is an essential preprocessing step in a machine learning pipeline. It is aimed at adjusting attributes scales in a way that they all vary within the same range. This transformation is known to improve the performance of classification models, but there are several scaling techniques to choose from, and this choice is not generally done carefully. In this paper, we execute a broad experiment comparing the impact of 5 scaling techniques on the performances of 20 classification algorithms among monolithic and ensemble models, applying them to 82 publicly available datasets with varying imbalance ratios. Results show that the choice of scaling technique matters for classification performance, and the performance difference between the best and the worst scaling technique is relevant and statistically significant in most cases. They also indicate that choosing an inadequate technique can be more detrimental to classification performance than not scaling the data at all. We also show how the performance variation of an ensemble model, considering different scaling techniques, tends to be dictated by that of its base model. Finally, we discuss the relationship between a model's sensitivity to the choice of scaling technique and its performance and provide insights into its applicability on different model deployment scenarios. Full results and source code for the experiments in this paper are available in a GitHub repository.\footnote{https://github.com/amorimlb/scaling\_matters}

机器学习模型可能涉及决策边界，这些界限由于对规则和规则的更新而随时间而变化，例如在贷款批准或索赔管理中。然而，在这种情况下，可能需要足够的训练数据来累积时的时间，以便重新恢复模型以反映新的决策边界。虽然已经完成了加强现有决策边界的工作，但已经介绍了ML模型的决策边界应该改变的这些方案，以便反映新规则。在本文中，我们专注于用户提供的反馈规则作为加快ML模型更新过程的方式，我们正式介绍预处理训练数据的问题，以响应于反馈规则，使得模型一旦模型在预处理的数据上被培训，其决策边界与规则更紧密地对齐。为了解决这个问题，我们提出了一种新的数据增强方法，基于反馈规则的过采样技术。使用不同ML模型和现实世界数据集的广泛实验证明了该方法的有效性，特别是增强的好处和处理许多反馈规则的能力。

数据不平衡，即来自不同课程的培训观测数量之间的歧视，仍然是影响当代机器学习的最重要挑战之一。数据预处理技术可以减少数据不平衡对传统分类算法的负面影响，可以减少操纵训练数据以人为地降低不平衡程度的方法。然而，现有的数据预处理技术，特别是粉迹及其衍生物构成最普遍的数据预处理的范式，往往易于各种数据难度因素。这部分是由于原始粉碎算法不利用有关多数类观察的信息的事实。本文的重点是利用少数群体和多数阶级的分布的信息，自然地发展新的数据重采样策略。本文总结了12个研究论文的内容，专注于所提出的二进制数据重采采样策略，它们与多级环境的翻译，以及对组织病理数据分类问题的实际应用。

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。

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。

尽管机器学习取得了巨大进步（ML），但数据不平衡的培训仍然在许多现实世界中构成挑战。在解决此问题的一系列不同技术中，采样算法被视为有效的解决方案。但是，问题更为根本，许多作品强调了实例硬度的重要性。这个问题是指管理不安全或可能嘈杂的实例的重要性，这些实例更可能被错误分类并作为分类绩效不佳的根本原因。本文介绍了Hardvis，这是一种视觉分析系统，旨在处理实例硬度，主要在分类场景中。我们提出的系统协助用户在视觉上比较数据类型的不同分布，根据局部特征选择实例类型，这些实例后来将受主动采样方法的影响，并验证来自底漆或过采样技术的建议对ML模型有益。此外，我们允许用户找到和采样轻松且难以对所有课程的培训实例进行分类，而不是统一地采样/过采样。用户可以从不同角度探索数据子集以决定所有这些参数，而HardVis则跟踪其步骤并评估模型在测试集中分别评估模型的预测性能。最终结果是一个均衡的数据集，可增强ML模型的预测能力。通过假设使用情况和用例证明了Hardvis的功效和有效性。最后，我们还研究了系统的有用，基于我们从ML专家那里收到的反馈。

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。

The advances in Artificial Intelligence are creating new opportunities to improve lives of people around the world, from business to healthcare, from lifestyle to education. For example, some systems profile the users using their demographic and behavioral characteristics to make certain domain-specific predictions. Often, such predictions impact the life of the user directly or indirectly (e.g., loan disbursement, determining insurance coverage, shortlisting applications, etc.). As a result, the concerns over such AI-enabled systems are also increasing. To address these concerns, such systems are mandated to be responsible i.e., transparent, fair, and explainable to developers and end-users. In this paper, we present ComplAI, a unique framework to enable, observe, analyze and quantify explainability, robustness, performance, fairness, and model behavior in drift scenarios, and to provide a single Trust Factor that evaluates different supervised Machine Learning models not just from their ability to make correct predictions but from overall responsibility perspective. The framework helps users to (a) connect their models and enable explanations, (b) assess and visualize different aspects of the model, such as robustness, drift susceptibility, and fairness, and (c) compare different models (from different model families or obtained through different hyperparameter settings) from an overall perspective thereby facilitating actionable recourse for improvement of the models. It is model agnostic and works with different supervised machine learning scenarios (i.e., Binary Classification, Multi-class Classification, and Regression) and frameworks. It can be seamlessly integrated with any ML life-cycle framework. Thus, this already deployed framework aims to unify critical aspects of Responsible AI systems for regulating the development process of such real systems.