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1、Envy-free classification Maria-florinabalcanmachininelearningdepartmentcarnegie mellonuniversityninamfcs . CMU . edutravisdick computersciencedepartmentcarnegiem ellonuniversitytdickcs . CMU . eduritesnoothigattumachinelearningdepartcarnegie Mellon universityriteshncmu . eduarield
3、y-freeness還為classificationtasks提供了一個com-pelling notionoffairness,特別是當(dāng)個人有不同的偏好時。我們的技術(shù)重點是無缺陷分類的概化能力,即理解無缺陷分類的分類器
4、幾乎所有的人都以高概率分布。ourmainresult establishethaasmallsampleissefficienttoachevesuchguaranties,when classifier inquioriationamixtureofdeterministicclastiers belongtofamilyoflowtanatarjandimesi
5、on . 1 introduction the studyoffairnessinmachineinlearningidrivernbyanabundance of examples where learning algorithms perceptivedas discriminating gains protected g roups 29、6 .解決此問題需要conceptualperhapsevenphilosophical lunderstanding of what fairness means in
6、這個語境。換句話說,百萬美元問題是這樣的:在本文中,我們提出了一個新的衡量算法。itdrawsonnextensivebody of work konrigourous approach establishment
7、chmoduloonepossibleexception(參見第1.2節(jié))尚未通過機(jī)器學(xué)習(xí)研究人員:文學(xué)研究部3,20。更顯著的不確定因素是10,31,在分配商品的上下文中,需要
8、isaallocationbeatleatashighasishutility for heal location of any other individual;60年來,它一直是問題分類的黃金標(biāo)準(zhǔn),25,24和28,12。在分類設(shè)置中,沒有嫉妒僅僅意味著你
9、feachindividual for hisdistributionoveroutcomesisatleastashigashisutility for the distributionoveroutcomes assignedtoanyotherindividual。重要的是要正視這樣一個事實,即對于一些廣泛研究過的問題來說,沒有嫉妒是不合適的,因為這些問題只有兩種可能的結(jié)果
10、s,其中一個是goodntheotherbad;示例包括預(yù)測某人是否會拖欠貸款,以及某人是否會拖欠貸款。在這種退化的情況下,無嫉妒心理會要求分類分配和每個人都有機(jī)會
11、btainingthegoodoutcome,很明顯,這不是一個合理的約束。1加拿大溫哥華。相比之下,我們對不同的情況更感興趣
13、tyforseeingardsadvertisement將取決于他的資質(zhì)、他從這些項目中獲得的利益以及其他潛在的因素。itmaywellbethecasethatanenvy-free advertisementassignmentshowsbabadvertisementsforacardwithworseanullatesthanthoseshoshowntoalice;thisou
14、tcomeisnotunfairifbobisgeniuinelymoreinteresteddinthecardofferedtohim。這種豐富的效用函數(shù)實際上也提供了廣告的內(nèi)容:人們一般都想要更高報酬的工作,但很可能有更高的效用來尋找更好的工作
15、資格和利益。asecondeplingproperty of envy-freeness是statistsfairness guarantee bindstattheleveloffiindividuals。公平意識可以概括為個人觀念或群體意識,這取決于它們是否提供了保證
16、特定個體,或onlyonnaveragetoapartedsubgroup。然而,有一個眾所周知的個人公平的例子:工人的影響公平分類模型
17、emodelinvesasetofindividualsandatefoutcomes。企業(yè)與個人的相似性;它特定于分類任務(wù),并捕捉倫理基礎(chǔ)真理和相關(guān)屬性。例如,amanandawomanw
18、hoaresimilarinotherway應(yīng)該被認(rèn)為是相似的,但也許不是。假設(shè)這樣的度量是可用的,公平可以自然地形式化為一個獨立的約束,這就要求有一個獨立的約束
19、ordingthesimilaritymetricbemappedtodistributionoveroutcomes thatareporeceaccordingosomestandardmitric(suchastotalvariation)。從實踐的角度看:相似度量的可用性。Dworketal.9arewellaw
20、骨質(zhì)疏松癥;他們寫道,證明這一假設(shè)是他們方法中“更具挑戰(zhàn)性的方面之一”。他們補(bǔ)充說,“事實上,metricusedwill很可能只是一個接近真實的例子?!钡?,不管怎樣
21、在某些領(lǐng)域23、11,task-specific nature ofthesimilaritymetricmakesevenacredibleaproximationthofseem不切實際。具體來說,ifonewantedtoleanarsimilaritymetric,itiscureahtypeofexamplesarelevantdatasetwouldconsistof。在空間計量學(xué)中,嫉妒-
22、freeness requires accesstoindividualsutilityfunctions,butbycontrastwodonotviewthiassumptionasabarrierteoimplementation。事實上,學(xué)習(xí)工具功能有各種各樣的技術(shù)手段4,22,2
23、keexpectedclick點擊率(CTR) asagoodproxyforutility?!吧唐贰?結(jié)果)是不可排除的。事實上,one envy-free解決方案只是簡單地將每個人分配給更喜歡的人
來吧。但是這個解決方案可能根據(jù)我們設(shè)置的其他(標(biāo)準(zhǔn))組件thelossfunction(在上面的示例中,lossfunction可能代表顯示和顯示給個人的預(yù)期收入)。通常情況下,lossfunctionisnotperfectlyalignedwithindividual
25、公用事業(yè),因此,在不違反自由約束的情況下,可能實現(xiàn)更小的損失??偟膩碚f,我們認(rèn)為無嫉妒是令人信服的,有根有據(jù)的,而且重要的是,是切實可行的
26、hadiversesetofoutcomeswheninidividualshaveheigenouspreferences。我們的目標(biāo)是建立基礎(chǔ)理論知識產(chǎn)權(quán)。1.1我們面臨的挑戰(zhàn)是,西方的個人潛力巨大,但我們希望提供普遍的自由保障。Tothisend,我們
27、給定sampleconsistingofindividualsdrawnfromnunknown distribution。我們對樣本進(jìn)行了興趣學(xué)習(xí)算法更小化損失,滿足自由約束。我們的primarytechnicalquestionisthatofgeneralizability,也就是給定一個分類器
29、ntees(見1.2節(jié)).第3節(jié),我們不約束分類器。因此,weneedsomestrategytoextendaclassifierthastinedonasample;分配個人thesamoutcomeashisnarestneighborinthesampleisapopular choice。然而,我們知道
31、我們的goalstorelatecombinatorialrichnesoffamilytoguationguaranties。oneobstacleisthastandardnotionsofdimensiondonotextendtoanalysisofron domized classifiers,whoserangeisdistributionsoveroutcomes(等價于realvectors)。我們繞過這個障礙物
32、aclebyconsidemingmixturesofterdeterministic classifiers,即belongtoafaminyof bounded natarajandimension(anextensionofthewell-known vcdimension to multi-classic classification)。我們的主要理論結(jié)果表明,在這種假設(shè)下,無嫉妒心理并不普遍
33、otheunderlyingdistribution,even ifthesampleisrelativelyssmall(其sizegrowthmostlinearlyintheranajajandimension)。更后,昆蟲5,我們設(shè)計了(幾乎)無嫉妒混合的線性一對一分類器。我們給出了經(jīng)驗結(jié)果
34、驗證ourcomputationalapproach,和indicagoodgeneralizationpropertiesevenwhentsamplesizeisssmall . 1.2 related workconceptually,我們的工作是mostcloselyerelatedtoworkbyzafaretal
35、基于adofparity的動態(tài)。特別是,它們?yōu)榉诸惼魈峁┝藆tility function,并定義了hepreferredtreatmentproperty,這需要attheutilityofeachgroupforits own classifier beatleasstitutility for classifiers assignedtoyothergroup。
36、他們的模型和結(jié)果集中在二次分類的結(jié)果上,那里有所期望的結(jié)果和不期望的結(jié)果。雖然,乍一看,這并不奇怪
38、帶偏好的。concurrentworkbyrothblumandyona 26提供了generalizationguarantees forthemetricnotionfindividualfairness introducedworketal . 9,或者更準(zhǔn)確地說,是用于foranapproximateversionthereof。therewomaingdifferences comparatedourwork:首先是weprop
39、ose envy-freeness as alternative notionoffairness tharcumventsheneedforsimilaritymetric。第二,他們把重點放在隨機(jī)的二進(jìn)制分類上,即學(xué)習(xí)實值函數(shù),并對標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜結(jié)果進(jìn)行概括
40、ation。相比之下,standardtoolsdonotdirectlyapplyinoursetting。itsworthongtatseveralotherpapers provide generalization guarantees fornotionsofgroupfairness,butthesearmore distantly related to ourwork 35,32,8,16,14.2 themodelweassumethatthereisaspacexofin
41、個體、無限空間、無限空間和效用函數(shù)!0,1編碼為結(jié)果提供個人參考。在廣告示例中,個人用戶、結(jié)果廣告和效用函數(shù)反映了來自bei的個人受益
42、ngshownaparticularadvertisement。Foranydistributionp2(Y)(其中(Y)是thesetofdistributionsovery)we letu(x,p)Eypu(x,Y)denoteindividualxsexpectedutilityforanoutcomesampledfromp。Werefertoafunctionh:X!(Y)作為分類器,盡管它可以返回分布
43、rout comes . 2 naphilosophicallevel,thefairdivionliteraturedealesclusivelywithindiviualnotionoffairness。事實上,即使是基于組的無嫉妒擴(kuò)展,分配也是共享的,但個體卻不明顯。我們訂閱了面向組的視圖
44、觀念(如統(tǒng)計上的平等)是有爭議的,因為結(jié)果可能對個人明顯不公平。(Y)isenvyfreeifnoindividualpreferstheoutcomeddistributionofsomeoneelseoverhisown。定義1 .分類器h
45、X!(y)isenvytree(ef)onasetsoindividualisifu(x,h (x) u (x,h (x0) forallx,x02s。同樣,his(,)-efwithinspecification to distribution ponxifrx,x0pu (x,h (x) u (X8407鋼h(x0))。更后是他的(,)-pairwiseEFonasetofpairsofindividualsS(Xi,x0i)ni 1 if 1 nnx i1u(Xi,h(xi)
46、1.onlydeterministic classifier with alos sof 0 is h0 that h0(x1)y1 and h0(x2)y3。但是,thisisnotEF,sinceu(x1,y1)1.3 arbitraryclassifiersanimportant(and typical)aspectfourlingproblemstattheclassifierhneedstoprovideaoutcomeditributionforeveryindividudu
47、艾爾,不僅僅是那些例子。例如,如果hchoosesadvertisementsforvisitorsofwebsite,當(dāng)新的訪問者到達(dá)時,分類器應(yīng)該繼續(xù)應(yīng)用。無論8407鋼來自哪個,當(dāng)我們?yōu)樾碌膫€人選擇分類時,它必須繼續(xù)牛肉。在本節(jié)中,我們考慮兩階段方法。
48、hat first為樣本中的個體選擇outcome distributions,然后將這些決策擴(kuò)展到restorefx。Inmoredetail,wearegivenasampleSx1,。,xnofindividualsandclassifier h:S!(Y)將結(jié)果分配給每個人。我們的目標(biāo)是
49、ssignmentstoaclassifierh!(Y)thancanbeappledtonewindividualsaswell。例如,hcouldbesethloss-minimizingefclassifiersonthesamples。對于這一部分,我們使用了距離度量。此外,我們假設(shè)這一部分是有用的
50、席卓克斯。也就是說,對于所有的y2和y0,x02X,我們有|u(x,y)u(x0,y)|Ld(x,x0)。在即將進(jìn)行的假設(shè)下,onennaturalhaytoextendtheclassifiersonthesampletoallofxitsoassignnewindividualsthesameoutcomeddistributionasirnearestneigninginthesample。福馬爾
51、y,forasetSXandanyindividualx2X,letNNS(x)2argminx02Sd(x,x0)denotethenearestneighborofxins witherespectivetometricd(任意斷句)。下面的simple result(whoseprofisregatedtoaappendix b)確定了isapproachpreservesenvy-freenessincase where
52、esampleisexponentiallylarge。定理1.LetdbeametriconX,PbeadistributiononX,和bean l-lipschitzutilityfunction。設(shè)sbeasytofindividual ssuchthatthereexists xxwithp(x)1和supx2xd (x,NNS (x)/(2l)。thenforanyclassifier:s 8407鋼來自哪個!(Y)thaisefons,theextensionh:X!
53 、( Y)givenbyh(x)h(NNS(x)是(,)-EFonP。conditionoftheorem 1要求setofindividualsssisa/(2L)-netforatleasta(1)-fractionofthemassofPonX。在某些自然情況下,指數(shù)極大的樣本保證這種情況發(fā)生的概率很高。例如,
54、ifXisasubsetofRq,d(x,x0)kxx0k2,和XhasdiameteratmostD,則foranydistributionPonX,ifsisani . I . d . sampleofsizeo(1(LDpq)q(qlogdpq+log1),它將滿足conditionsoftheorem 1 with probabilityatleast 1。這個采樣結(jié)果是錯誤的,但是
55、完備性,weproveitinLemma3ofAppendixB。但是,exponentialuperboundgivenbynearestneighbornerstrategyisasfaraswecangointersofgeneralizingvy-freenessfromasample(沒有進(jìn)一步的假設(shè))。具體來說,我們的外部結(jié)果建立了
56、enrandomizedforextendingclassifiers fromtsampletoentilespacexrequires an exponentiallylargessampleofindividualstoensureenvy-freenessonthedistributionP . theorem 2的proof can befoundinappendixb . theorem 2 .存在saspaceofindividualsXRq和distributionPo
57、verXsuchthat,對于每個randomized algorithm athatextends classifiersonasampletox,都存在一個獨立的函數(shù)
58、exp(4q/100)exp(4q/200)jointlyovertherandomnessofAandS,its extension by is not(,)-efwithcrespectopforany 0,ifS(xi,x0i)ni 1 isani . I . d . sampleofpairsdrawnfrompofsizeno 12 dm2 logdm | Y | log(m | Y |/)+log1,thenwithprobabilityatleast1,everyclassifierh2
59、Hthatis(,)-成對-EFonSisalso(+7,+4)-EFonP。theorem 3的proof是delegated to appendix。在Inanutshell中,它包含兩個步驟。首先,我們證明了嫉妒自由是對有限階級的概括。第二,我們證明了H(G,m)可以用有限子集來近似。我們標(biāo)志著
61、NAND empiricalvalidationsofarwehavenotdirectlyaddressedtheproblemofcomputingtheloss-minimizingvy-free classifierfromagivenfamilyonagivensampleofindividuals。我們的目標(biāo)不是提供一個完整的解決方案,而是提供證據(jù)
62、計算不會成為長期的障礙。在更詳細(xì)的內(nèi)容中,我們的computationalproblemistofdtheloss-minimizingclassifier hfromagivenfam-ilyorandomizedclassifiers shthathisenvyfreeonagivensampleofindividual ssx 1,.,xn。對于這個分類器
63、推廣了分布p,定理3提出了atthefamilyhtouseisofsoftheformh(G,m),其中g(shù)isafamilyofdeterministic classifiers of lownatarajandimension。在此部分中,weletGbethefamilyoflinearone-vs-all classifiers。具體來說,表示XRq,每個G2 GIS參數(shù)
64、erizedbyw(w1,w2,.,w|Y|)2R|Y|q,其中g(shù)(x)argmaxy2Ywyx。this classghasanarajandimensionofamostq | Y | . the optimization 6 problemtosolventhicaseism 2 GM,2mnXi1mXk1kL(xi,gk(xi)s.t.mXk1ku(xi,gk(xi)mXk1ku(xi,gk(xj)8(i,j)2n2 .(1)5.1算法監(jiān)督
65、ethatoptimizationproblem問題(1)是highlynon非凸且不可微的公式化的,因為argmaxcutedinedeachofthegk(Xi)。另一個挑戰(zhàn)是combinatorialnatureofthep問題,因為我們需要使用rming weights。非指定算法
66、再接再厲,我們雇傭了幾個trickoftradetoachievetcatability。learningthemixturecomponents . wefirstassumpredefinedmingweights,和iterativelylearnmixturecomponents basedonthem。具體來說,讓g1,g2,.. gk1 denotetheclassifiers learnedsofar . to computethenextcomponentg蘇州東锜公司下屬業(yè)務(wù)部、熱處理部、機(jī)加工部、財務(wù)部、運輸部、倉儲部(自備貨廠、吊車、吊車、自動激光切割、半成品)免費為用戶提供一站式服務(wù)。這些年來,東锜模具鋼產(chǎn)品和周到的服務(wù)深受廣大模具制造商的認(rèn)可,也為國內(nèi)模具鋼材料同行注意,是蘇州模具行業(yè)協(xié)會和江蘇模具行業(yè)協(xié)會會員。歡迎新老客戶來電和來廠參觀。
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