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Fairness-Unmöglichkeitstheorem (maschinelles Lernen)

2016
  • Jon Kleinberg
  • Sendhil Mullainathan
  • Manish Raghavan
Ein Team von Datenwissenschaftlern analysiert Fairness-Metriken im maschinellen Lernen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

In fair machine learning, impossibility theorems demonstrate that it is mathematically impossible for an algorithm to satisfy multiple, seemingly intuitive fairness criteria simultaneously, except in trivial cases. For example, an algorithm cannot generally satisfy both demographic parity (equal positive rates across groups) and equalized odds (equal true positive and false positive rates across groups) if the base rates differ between groups.

Das Unmöglichkeitstheorem der Fairness verdeutlicht eine grundlegende Spannung bei der Definition und Erreichung von Fairness. Es beruht auf den mathematischen Beziehungen zwischen verschiedenen Fairnessmetriken. Beispielsweise erfordert „demografische Parität“, dass die Wahrscheinlichkeit eines positiven Ergebnisses für verschiedene geschützte Gruppen gleich ist. „Ausgeglichene Chancen“ erfordern, dass die Trefferquote und die Falsch-Positiv-Rate in allen Gruppen gleich sind. „Prädiktive Parität“ (oder Kalibrierung) erfordert, dass bei einem gegebenen Vorhersagewert die Wahrscheinlichkeit eines positiven Ergebnisses in allen Gruppen gleich ist.

Das von Kleinberg und anderen formulierte Theorem beweist, dass diese drei Kriterien nicht gleichzeitig erfüllt werden können, es sei denn, die Häufigkeit des positiven Ergebnisses ist in allen Gruppen gleich (was in der Realität selten vorkommt) oder der Klassifikator ist perfekt. Dies zwingt Praktiker und politische Entscheidungsträger, die jeweils angemessenste Definition von Fairness zu wählen und die damit verbundenen Zielkonflikte zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Priorisierung demografischer Parität zu ungenaueren Vorhersagen für alle Gruppen führen, während die Priorisierung prädiktiver Parität unterschiedliche Selektionsraten zur Folge haben kann. Diese Erkenntnis verlagerte den Fokus von der Suche nach einem einzigen „fairen“ Algorithmus hin zum Verständnis und der Bewältigung der vielfältigen Fairness-Zielkonflikte.

UNESCO Nomenclature: 1203
- Computerwissenschaften

Typ

Abstraktes System

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Arrows Unmöglichkeitstheorem in der sozialen Wahltheorie
  • developments in statistical learning theory
  • early work on disparate impact in legal studies
  • foundational concepts of probability and statistics

Anwendungen

  • development of fairness-aware machine learning frameworks
  • auditing tools for AI systems
  • policy-making and regulation for AI ethics
  • design of context-specific fairness definitions in credit scoring and hiring algorithms

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Fairness, Unmöglichkeitstheorem, maschinelles Lernen, algorithmische Verzerrung, demografische Parität, gleiche Chancen, prädiktive Parität, KI-Ethik, Zielkonflikt, COMPAS.

Historischer Kontext

Fairness-Unmöglichkeitstheorem (maschinelles Lernen)

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

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

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