Магистратура 2020/2021

Проектный семинар "Технологии моделирования сложных систем"

Статус: Курс обязательный (Науки о данных)

Направление: 01.04.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Кафедра технологий моделирования сложных систем

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 2-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Дерендяев Александр Борисович, Ершов Егор Иванович

Прогр. обучения: Науки о данных

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 40

Программа дисциплины

Аннотация

Математика - это такой же язык, как естественный русский или английский: иногда, одни и те же слова разными людьми интерпретируются по-разному; иногда, абсолютно разные слова могут разными людьми интерпретироваться одинаково. Вообще, интерпретируемость - очень сложная вещь, которую не так просто формализовать (если вообще возможно). Тем не менее, можно сформулировать некоторые концепты, в рамках которых пытаться объяснять предсказания тех или иных математических моделей, и снабдить людей инструментами для этого. Этот курс знакомит слушателей с идеями зарождающегося (на мой взгляд) направления в машинном обучении, которое можно назвать “Интерпретируемое ML”. Лекции призваны дать обзор того, что сейчас происходит в данной области (скорее всего, этот обзор не будет полным, но, по крайней мере, он может послужить небольшим введением), и показать слушателям набор инструментов, с которыми можно работать в рамках предложенных идей.

Цель освоения дисциплины

• Предоставить студентам вводный обзор интерпритируемого машинного обучения
• Сформировать у студентов представление о том, что такое интерпритируемость
• Познакомить студентов с базовыми инструментами интерпритируемого машинного обучения
• Познакомить студентов с реальными примерами задач, где возникает необходимость интерпритируемости

Планируемые результаты обучения

• Знать основные принципы интерпретируемого машинного обучения
• Знать таксономию оценки интерпритируемость и задачи, в которых может пригодиться каждый из методов оценки
• Знать основные преимущества и недостатки базовых интерпретируемых моделей
• Знать и уметь пользоваться основными инструментами ретроспективной интерпретации на основе визуализации
• Знать и уметь пользоваться основными инструментами ретроспективной интерпретации на основе глобальных и локальных объяснений
• Знать и уметь пользоваться основными инструментами ретроспективной интерпретации на основе примеров
• Знать примеры задач, в которых может возникнуть дискриминация по какому-либо признаку

Содержание учебной дисциплины

• Знакомство с основными принципами интерпретируемого машинного обучения.
  Вводное занятие, на котором слушатели курса узнают чем обусловлено развитие интерпритируемого машинного обучения и познакомяться с основными принципами. Распределение по проектам.
• Таксономия оценки интерпретируемости
  На занятии слушатели узнают о том, чем отличаются и для каких задач важен каждый из способов оценки: Application-grounded Evaluation, Human-grounded Metrics, Functionally-grounded Evaluation
• Ретроспективная интерпретация: визуализация
  Обзор инструментов визуализации для ретроспективной интерпретации и задач, где они могут использоваться
• “Интерпретируемые” модели
  Обзор простых моделей, таких как решающие деревья, линейная и логистическая регрессии, их преимущества и недостатки с точки зрения “интерпретируемости”
• Ретроспективная интерпретация: объяснения на основе примеров
  Обзор инструментов, дающих объяснение на основе инструментов
• Ретроспективная интерпретация: глобальные и локальные объяснения
  Обзор инструментов, таких как LIME, Deep-Lift, и др.
• Честное и этичное принятие решений
  Примеры задач, в которых модели допускали дискриминацию по какому-либо признаку, как это понять и как с этим бороться

Элементы контроля

• индивидуальный проект
  Знать основные принципы интерпретирцемого машинного обучения Знать таксономию оценки интерпритируемость и задачи, в которых может пригодиться каждый из методов оценки Знать основные преимущества и недостатки базовых интерпретируемых моделей Знать и уметь пользоваться основными инструментами ретроспективной интерпретации на основе визуализации Знать и уметь пользоваться основными инструментами ретроспективной интерпретации на основе глобальных и локальных объяснений Знать и уметь пользоваться основными инструментами ретроспективной интерпретации на основе примеров Знать примеры задач, в которых может возникнуть дискриминация по какому-либо признаку Продемонстрировать полученные знания посредством сдачи проектной работы
• зачет
  Оценка за дисциплину выставляется в соответствии с формулой оценивания от всех пройденных элементов контроля. Экзамен не проводится.

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (4 модуль)
  0.5 * зачет + 0.5 * индивидуальный проект

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Doshi-Velez, F., & Kim, B. (2017). Towards A Rigorous Science of Interpretable Machine Learning. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1702.08608
• Doshi-Velez, F., & Kim, B. (2017). Towards A Rigorous Science of Interpretable Machine Learning. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.6F1676
• Goodman, B., & Flaxman, S. (2016). European Union regulations on algorithmic decision-making and a “right to explanation.” Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.670CE3E5
• Molnar, C. (2018). iml: An R package for Interpretable Machine Learning. https://doi.org/10.5281/zenodo.1299058
• Ribeiro, M. T., Singh, S., & Guestrin, C. (2016). “Why Should I Trust You?”: Explaining the Predictions of Any Classifier. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.7DB3A973
• Shrikumar, A., Greenside, P., & Kundaje, A. (2017). Learning Important Features Through Propagating Activation Differences. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.BA6A359D

Рекомендуемая дополнительная литература

• Diptesh Das, Junichi Ito, Tadashi Kadowaki, & Koji Tsuda. (2019). An interpretable machine learning model for diagnosis of Alzheimer’s disease. PeerJ, e6543. https://doi.org/10.7717/peerj.6543
• Explainable and interpretable models in computer vision and machine learning. (2018). https://doi.org/10.1007/978-3-319-98131-4
• Lipton, Z. C. (2016). The Mythos of Model Interpretability. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.E8C74632
• LIPTON, Z. C. (2018). The Mythos of Model Interpretability. Communications of the ACM, 61(10), 36–43. https://doi.org/10.1145/3233231
• Rosnati, M., & Fortuin, V. (2019). MGP-AttTCN: An Interpretable Machine Learning Model for the Prediction of Sepsis. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1909.12637
• Shrikumar, A., Greenside, P., & Kundaje, A. (2017). Learning Important Features Through Propagating Activation Differences. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1704.02685
• Shrikumar, A., Greenside, P., Shcherbina, A., & Kundaje, A. (2016). Not Just a Black Box: Learning Important Features Through Propagating Activation Differences. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.20B0F1CF
• Zhao, X., Yan, X., & Van Hentenryck, P. (2019). Modeling Heterogeneity in Mode-Switching Behavior Under a Mobility-on-Demand Transit System: An Interpretable Machine Learning Approach. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1902.02904