在许多机器学习应用中已经显示了歧视，该应用程序要求在与道德相关的领域（例如面部识别，医学诊断和刑事判决）中部署之前进行足够的公平测试。现有的公平测试方法主要设计用于识别个人歧视，即对个人的歧视。然而，作为另一种广泛的歧视类型，对群体歧视（大多数隐藏）的测试却少得多。为了解决差距，在这项工作中，我们提出了测试，一种可解释的测试方法，它系统地识别和措施隐藏了一个神经网络的隐藏（我们称为“微妙”群体歧视}，该神经网络的特征是敏感特征的条件。一个神经网络，TestsgDFirst自动生成可解释的规则集，该规则集将输入空间分为两组，以暴露模型的组歧视。鉴于，Testsgdalso提供了基于对输入空间进行采样的估计组公平得分，以衡量确定的SIXTEL组歧视程度，这可以确保准确地达到错误的限制。我们评估了在包括结构化数据和文本数据在内的流行数据集中训练的测试多个神经网络模型。实验结果表明，测试有效地有效地识别和测量了如此微妙的群体歧视，以至于该测试效率以前从未透露过。矿石，我们表明，测试的测试结果指南生成新样品的测试结果，以通过可忽略不计的准确性下降来减轻这种歧视。
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鉴于神经网络有区别，公平性改善的问题是系统地减少歧视，而不会显着削弱其性能（即准确性）。已经提出了针对神经网络的多种公平改进方法，包括预处理，处理和后处理。然而，我们的实证研究表明，这些方法并不总是有效的（例如，它们可以通过支付巨大准确性下降的价格来提高公平性），甚至没有帮助（例如，它们甚至可能使公平性和准确性都恶化）。在这项工作中，我们提出了一种基于因果分析的公平性改进方法的方法。也就是说，我们根据如何在输入属性和隐藏的神经元之间分布的神经元和属性如何选择方法。我们的实验评估表明，我们的方法是有效的（即，始终确定最佳的公平改善方法）和有效的效率（即，平均时间开销为5分钟）。
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在文献中提出了各种各样的公平度量和可解释的人工智能（XAI）方法，以确定在关键现实环境中使用的机器学习模型中的偏差。但是，仅报告模型的偏差，或使用现有XAI技术生成解释不足以定位并最终减轻偏差源。在这项工作中，我们通过识别对这种行为的根本原因的训练数据的连贯子集来引入Gopher，该系统产生紧凑，可解释和意外模型行为的偏差或意外模型行为。具体而言，我们介绍了因果责任的概念，这些责任通过删除或更新其数据集来解决培训数据的程度可以解决偏差。建立在这一概念上，我们开发了一种有效的方法，用于生成解释模型偏差的顶级模式，该模型偏置利用来自ML社区的技术来实现因果责任，并使用修剪规则来管理模式的大搜索空间。我们的实验评估表明了Gopher在为识别和调试偏置来源产生可解释解释时的有效性。
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机器学习的普及增加了不公平模型的风险，该模型被部署在高级应用程序中，例如司法系统，药物/疫苗接种设计和医学诊断。尽管有有效的方法可以从头开始训练公平模型，但如何自动揭示和解释受过训练的模型的不公平仍然是一项艰巨的任务。以可解释的方式揭示机器学习模型的不公平是朝着公平和值得信赖的AI迈出的关键一步。在本文中，我们系统地解决了通过挖掘可解释的证据（Rumie）来揭示不公平模型的新任务。关键思想是以一组模型区分的数据实例的形式找到可靠的证据。为了使证据可以解释，我们还找到了一组人为理解的关键属性和决策规则，这些属性和决策规则表征了歧视的数据实例，并将其与其他非歧视数据区分开来。正如在许多现实世界数据集上进行的广泛实验所证明的那样，我们的方法找到了高度可解释和可靠的证据，可以有效揭示受过训练的模型的不公平性。此外，它比所有基线方法更可扩展。
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作为深度图像分类应用，例如，人脸识别，在我们日常生活中越来越普遍，他们的公平问题提高了越来越多的关注。因此，在部署之前全面地测试这些应用的公平性是至关重要的。现有的公平测试方法遭受以下限制：1）适用性，即它们仅适用于结构化数据或文本，而无需处理图像分类应用的语义水平中的高维和抽象域采样; 2）功能，即，它们在不提供测试标准的情况下产生不公平的样本，以表征模型的公平性充足。为了填补差距，我们提出了Deepfait，是专门为深图图像分类应用而设计的系统公平测试框架。 Deepfait由几种重要组成部分组成，实现了对深度图像分类应用的有效公平测试的重要组成部分：1）神经元选择策略，用于识别与公平相关神经元的神经元; 2）一组多粒度充足度指标，以评估模型的公平性; 3）测试选择算法有效地修复公平问题。我们对广泛采用的大型面部识别应用，即VGGFace和Fairface进行了实验。实验结果证实，我们的方法可以有效地识别公平相关的神经元，表征模型的公平性，并选择最有价值的测试用例来减轻模型的公平问题。
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由于决策越来越依赖机器学习和（大）数据，数据驱动AI系统的公平问题正在接受研究和行业的增加。已经提出了各种公平知识的机器学习解决方案，该解决方案提出了数据，学习算法和/或模型输出中的公平相关的干预措施。然而，提出新方法的重要组成部分正在经验上对其进行验证在代表现实和不同的设置的基准数据集上。因此，在本文中，我们概述了用于公平知识机器学习的真实数据集。我们专注于表格数据作为公平感知机器学习的最常见的数据表示。我们通过识别不同属性之间的关系，特别是w.r.t.来开始分析。受保护的属性和类属性，使用贝叶斯网络。为了更深入地了解数据集中的偏见和公平性，我们调查使用探索性分析的有趣关系。
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解决公平问题对于安全使用机器学习算法来支持对人们的生活产生关键影响的决策，例如雇用工作，儿童虐待，疾病诊断，贷款授予等。过去十年，例如统计奇偶校验和均衡的赔率。然而，最新的公平概念是基于因果关系的，反映了现在广泛接受的想法，即使用因果关系对于适当解决公平问题是必要的。本文研究了基于因果关系的公平概念的详尽清单，并研究了其在现实情况下的适用性。由于大多数基于因果关系的公平概念都是根据不可观察的数量（例如干预措施和反事实）来定义的，因此它们在实践中的部署需要使用观察数据来计算或估计这些数量。本文提供了有关从观察数据（包括可识别性（Pearl的SCM框架））和估计（潜在结果框架）中推断出因果量的不同方法的全面报告。该调查论文的主要贡献是（1）指南，旨在在特定的现实情况下帮助选择合适的公平概念，以及（2）根据Pearl的因果关系阶梯的公平概念的排名，表明它很难部署。实践中的每个概念。
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公平性是确保机器学习（ML）预测系统不会歧视特定个人或整个子人群（尤其是少数族裔）的重要要求。鉴于观察公平概念的固有主观性，文献中已经引入了几种公平概念。本文是一项调查，说明了通过大量示例和场景之间的公平概念之间的微妙之处。此外，与文献中的其他调查不同，它解决了以下问题：哪种公平概念最适合给定的现实世界情景，为什么？我们试图回答这个问题的尝试包括（1）确定手头现实世界情景的一组与公平相关的特征，（2）分析每个公平概念的行为，然后（3）适合这两个元素以推荐每个特定设置中最合适的公平概念。结果总结在决策图中可以由从业者和政策制定者使用，以导航相对较大的ML目录。
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公平测试旨在减轻数据驱动的AI系统决策过程中的意外歧视。当AI模型为仅根据受保护属性（例如年龄和种族）区分的两个不同的个体做出不同的决定时，可能会发生个人歧视。这样的实例揭示了偏见的AI行为，被称为个人歧视实例（IDI）。在本文中，我们提出了一种选择初始种子以生成IDI进行公平测试的方法。先前的研究主要使用随机的初始种子来实现这一目标。但是，这个阶段至关重要，因为这些种子是后续IDIS生成的基础。我们称我们提出的种子选择方法I＆D。它产生了大量的初始IDI，表现出极大的多样性，旨在提高公平测试的整体性能。我们的实证研究表明，I＆D能够就四种最先进的种子生成方法产生更多的IDI，平均产生1.68倍的IDI。此外，我们比较I＆D在训练机器学习模型中的使用，并发现与最先进的ART相比，使用I＆D将剩余IDI的数量减少了29％，因此表明I＆D有效地改善了模型公平性
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Algorithm fairness has started to attract the attention of researchers in AI, Software Engineering and Law communities, with more than twenty different notions of fairness proposed in the last few years. Yet, there is no clear agreement on which definition to apply in each situation. Moreover, the detailed differences between multiple definitions are difficult to grasp. To address this issue, this paper collects the most prominent definitions of fairness for the algorithmic classification problem, explains the rationale behind these definitions, and demonstrates each of them on a single unifying case-study. Our analysis intuitively explains why the same case can be considered fair according to some definitions and unfair according to others.
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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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住院患者的高血糖治疗对发病率和死亡率都有重大影响。这项研究使用了大型临床数据库来预测需要住院的糖尿病患者的需求，这可能会改善患者的安全性。但是，这些预测可能容易受到社会决定因素（例如种族，年龄和性别）造成的健康差异的影响。这些偏见必须在数据收集过程的早期，在进入系统之前就可以消除，并通过模型预测加强，从而导致模型决策的偏见。在本文中，我们提出了一条能够做出预测以及检测和减轻偏见的机器学习管道。该管道分析了临床数据，确定是否存在偏见，将其删除，然后做出预测。我们使用实验证明了模型预测中的分类准确性和公平性。结果表明，当我们在模型早期减轻偏见时，我们会得到更公平的预测。我们还发现，随着我们获得更好的公平性，我们牺牲了一定程度的准确性，这在先前的研究中也得到了验证。我们邀请研究界为确定可以通过本管道解决的其他因素做出贡献。
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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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近年来，解决机器学习公平性（ML）和自动决策的问题引起了处理人工智能的科学社区的大量关注。已经提出了ML中的公平定义的一种不同的定义，认为不同概念是影响人口中个人的“公平决定”的不同概念。这些概念之间的精确差异，含义和“正交性”尚未在文献中完全分析。在这项工作中，我们试图在这个解释中汲取一些订单。
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软件通常会产生偏置输出。特别地，已知基于机器学习（ML）软件在处理鉴别的输入时产生错误的预测。这种不公平的计划行为可能是由社会偏见引起的。在过去的几年里，亚马逊，微软和谷歌已经提供了产生不公平产出的软件服务，主要是由于社会偏见（例如性别或比赛）。在此类事件中，开发人员被绑定了进行公平测试的任务。公平性测试是挑战性的;开发人员任务是产生揭示和解释偏见的歧视性投入。我们提出了一种基于语法的公平测试方法（称为Astraea），它利用无与伦比的语法来产生歧视性投入，以揭示软件系统中的公平违规行为。 Astraea使用概率语法，Astraea还通过隔离观察到的软件偏差原因提供故障诊断。 Astraea的诊断有助于改善ML公平性。 Astraea是在18个软件系统上进行评估，提供三种主要的自然语言处理（NLP）服务。在我们的评估中，Astraea产生了公平违规，率达到约18％。 Astraea产生了超过573K的歧视性测试案例，并违反了102k的公平性。此外，Astraea通过模型再培训将软件公平提高〜76％。
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神经网络在广泛的应用中具有明显的成就。广泛的采用也引起了人们对它们的可靠性和可靠性的关注。与传统的决策计划类似，神经网络可以具有需要修复的缺陷。这些缺陷可能会导致不安全的行为，提高安全问题或不公正的社会影响。在这项工作中，我们解决了修复神经网络的问题，以了解公平和缺乏后门等理想特性。目的是构建一个神经网络，该神经网络通过（微小）调整给定神经网络的参数（即权重）来满足该属性。具体来说，我们建议护理（\ textbf {ca}基于用途的\ textbf {re}对），一种基于因果关系的神经网络维修技术，1）执行基于因果关系的故障本地化，以识别“有罪”神经元和2）优化确定的神经元的参数减少了不当行为。我们已经对各种任务进行了经验评估，例如后门去除，神经网络维修的公平性和安全性能。我们的实验结果表明，护理能够有效地修复所有神经网络。对于公平维修任务，Care成功地将公平性提高了61.91美元\％$。对于后门删除任务，CARE将攻击成功率从$ 98 \％$降低到小于$ 1 \％$。对于安全物业维修任务，CARE将财产违规率降低到$ 1 \％$。结果还表明，由于基于因果关系的故障定位，CARE的维修重点关注不当行为并保留神经网络的准确性。
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本文旨在改善多敏感属性的机器学习公平。自机学习软件越来越多地用于高赌注和高风险决策，机器学习公平吸引了越来越多的关注。大多数现有的机器学习公平解决方案一次只针对一个敏感的属性（例如性别），或者具有魔法参数来调整，或者具有昂贵的计算开销。为了克服这些挑战，我们在培训机器学习模型之前，我们建议平衡每种敏感属性的培训数据分布。我们的研究结果表明，在低计算开销的情况下，在低计算开销的情况下，Fairbalancy可以在每一个已知的敏感属性上显着减少公平度量（AOD，EOD和SPD），如果对预测性能有任何损坏，则可以在没有多大的情况下进行任何已知的敏感属性。此外，FairbalanceClass是非游价的变种，可以平衡培训数据中的班级分布。通过FairbalanceClass，预测将不再支持多数阶级，从而在少数阶级获得更高的F $ _1 $得分。 Fairbalance和FairbalanceClass还以预测性能和公平度量而言，在其他最先进的偏置缓解算法中也优于其他最先进的偏置缓解算法。本研究将通过提供一种简单但有效的方法来利用社会来改善具有多个敏感属性数据的机器学习软件的公平性。我们的结果还验证了在具有无偏见的地面真理标签上的数据集上的假设，学习模型中的道德偏置在很大程度上属于每个组内具有（2）类分布中的组大小和（2）差异的训练数据。
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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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一再证明机器学习可以提供不同的结果，其中人群的亚组（例如，由年龄，性别或其他敏感属性定义）是系统地处于不利因果的。先前的文献集中在通过统计程序检测此类差异，以确定敏感属性何时提出了先验的敏感属性。但是，这限制了数据集具有高维度的现实世界设置，最重要的是，敏感属性可能未知。作为一种补救措施，我们提出了一个名为“自动差异位置”（ALD）的数据驱动框架，旨在在机器学习中找到差异。 ALD满足机器学习实践的几种要求：ALD（1）适用于任意机器学习分类器； （2）操作不同的差异定义（例如，统计奇偶校验或均衡赔率）； （3）处理分类和连续预测因子； （4）适合处理高维设置； （5）甚至确定了由于相交性而引起的差异，其中差异是由复杂和多路相互作用引起的（例如，年龄高于60岁和女性）。 ALD会产生可解释的公平报告作为输出。我们证明了基于合成和现实世界数据集的ALD的有效性。结果，ALD帮助算法公平性的从业者和研究人员检测机器学习算法的差异，因此可以减轻不同的甚至不公平的结果。此外，ALD支持从业者进行算法审核并保护个人免受歧视。
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自几十年前以来，已经证明了机器学习评估贷款申请人信誉的实用性。但是，自动决策可能会导致对群体或个人的不同治疗方法，可能导致歧视。本文基准了12种最大的偏见缓解方法，讨论其绩效，该绩效基于5个不同的公平指标，获得的准确性以及为金融机构提供的潜在利润。我们的发现表明，在确保准确性和利润的同时，实现公平性方面的困难。此外，它突出了一些表现最好和最差的人，并有助于弥合实验机学习及其工业应用之间的差距。
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