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Phasen der Bias-Minderung

2010
Datenwissenschaftler, die gemeinsam an Techniken zur Verringerung von Verzerrungen in der künstlichen Intelligenz arbeiten.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Verfahren zur Reduzierung algorithmischer Verzerrungen lassen sich im Hinblick auf den Modelltrainingsprozess in drei Hauptphasen unterteilen. Vorverarbeitungsmethoden modifizieren die Trainingsdaten selbst (z. B. durch Neugewichtung oder Resampling). In-Processing-Methoden integrieren Fairness-Bedingungen direkt in den Lernalgorithmus des Modells. Nachverarbeitungsmethoden passen die Vorhersagen des Modells im Nachhinein an, um die Fairness zu verbessern.

Diese dreiteilige Klassifizierung bietet einen strukturierten Rahmen zur Behebung von Verzerrungen. Die Vorverarbeitung ist datenzentriert; sie zielt darauf ab, einen „fairen“ Datensatz zu erstellen, bevor das Modell ihn verwendet. Techniken wie das Neugewichten weisen Datenpunkten unterschiedliche Gewichtungen zu, um Ungleichgewichte auszugleichen, während Über-/Unterabtastung die Anzahl der Instanzen aus verschiedenen Gruppen anpasst. Dieser Ansatz ist modellunabhängig, kann aber die zugrunde liegende Verteilung der Daten verändern.

Die In-Processing-Methode ist modellzentriert. Sie modifiziert die Zielfunktion des Lernalgorithmus, um einen Strafterm für Ungerechtigkeit einzuführen. Beispielsweise könnte ein Modell so optimiert werden, dass die Genauigkeit maximiert und gleichzeitig die Unterschiede in den Fehlerraten zwischen Gruppen minimiert werden. Dies kann zu stärker integrierten Lösungen führen, erfordert jedoch eine Anpassung des Kernalgorithmus und verringert dessen Flexibilität.

Die Nachbearbeitung ist vorhersageorientiert. Sie nimmt die Ausgaben eines trainierten, potenziell verzerrten Modells und passt sie an, um ein Fairnesskriterium zu erfüllen. Dies kann die Änderung von Klassifizierungsschwellenwerten für verschiedene Gruppen beinhalten. Es ist die schonendste Methode, da sie das Modell als Blackbox behandelt, kann aber den Gesamtnutzen verringern und willkürlich wirken. Die Wahl des Verfahrens hängt von Faktoren wie dem Zugriff auf die Trainingsdaten, der Möglichkeit zur Modellmodifizierung und den spezifischen Fairnesszielen ab.

UNESCO Nomenclature: 1203
- Computerwissenschaften

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • techniques for handling imbalanced datasets in machine learning
  • constrained optimization methods in mathematics
  • development of fairness metrics to serve as objectives or constraints
  • the overall growth of machine learning as a field

Anwendungen

  • the AIF360 toolkit by IBM, which implements algorithms from all three categories
  • Das „Was-wäre-wenn“-Tool von Google ermöglicht die Untersuchung des Modellverhaltens und der Fairness.
  • fairlearn, an open-source python package for assessing and improving fairness
  • commercial AI platforms offering built-in bias detection and mitigation features

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Bezogen auf: Vermeidung von Verzerrungen, Vorverarbeitung, In-Processing, Nachverarbeitung, faires maschinelles Lernen, Neugewichtung, Resampling, Fairnessbeschränkungen, algorithmische Fairness, KI-Ethik.

Historischer Kontext

Phasen der Bias-Minderung

1993
1997-04-23
2001
2010
2020
1990
1993
1998
2010
2016

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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