SHF: Medium: Reasoning about Multiplicity in the Machine Learning Pipeline

SHF:Medium:机器学习管道中多重性的推理

基本信息

  • 批准号:
    2402833
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 120万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-10-01 至 2027-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Machine learning is deployed across various domains (e.g., finance, education, hiring) with the assumption that model outcomes are accurate and authoritative. But in reality, the specific model that is deployed is just one option of many: previous work has shown that multiplicity – the existence of multiple equally good models – arises at many stages of the machine learning pipeline. Formally reasoning about multiplicity is challenging due to the large (potentially infinite) set of models one has to take into account. As such, existing techniques are currently only able to reason about certain forms of model-based multiplicity, and generally only with empirical guarantees. This project’s novelties are a set of approaches that increase the auditability of machine learning pipelines. These techniques consist of frameworks and formal techniques to understand how multiplicity in the dataset creation and modeling processes impacts the final learned model that is deployed. The project’s impacts are especially prominent in domains where the decisions of machine learned models directly affect humans --- understanding multiplicity is vital for developing machine learning models that are fair and robust. The investigators are involved with organizing outreach programs to expose high schoolers and undergraduates from underrepresented backgrounds to computer science and topics in machine learning.This project investigates multiplicity for diverse model architectures across the whole machine learning pipeline including training data, model predictions, and model explanations. The research integrates formal methods and robust machine learning techniques to provide techniques to help answer the question of whether machine learning outcomes are reliable, or whether they are just an artifact of multiplicity. For instance, the investigators study algorithms to certify (deterministically or probabilistically, depending on the model architecture) whether a model’s prediction is robust under various sources of multiplicity.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
机器学习被部署在各个领域(例如金融、教育、招聘),假设模型结果是准确和权威的,但实际上,部署的特定模型只是众多选择中的一种:之前的工作已经表明了多样性。 – 多个同样优秀的模型的存在 – 出现在机器学习流程的许多阶段,由于目前必须考虑大量(可能是无限的)模型,因此对多重性进行正式推理是具有挑战性的。只能推理某些形式的基于模型的多重性,并且通常仅在经验保证的情况下,该项目的新颖性是一组提高机器学习管道的可审计性的方法,这些技术由框架和形式技术组成,用于理解数据集中的多重性。创建和建模过程会影响最终部署的学习模型,在机器学习模型的决策直接影响人类的领域中,该项目的影响尤其突出——理解多样性对于开发公平和稳健的机器学习模型至关重要。参与组织外展项目,让来自弱势背景的高中生和本科生了解计算机科学和机器学习主题。该项目研究整个机器学习管道中不同模型架构的多样性,包括训练数据、模型预测和模型解释。集成形式化方法和强大的机器学习技术,提供技术来帮助回答机器学习结果是否可靠,或者它们是否只是多样性的产物。例如,研究人员研究算法来证明。 (确定性或概率性,取决于模型架构)模型的预测在各种多重性来源下是否稳健。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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