线性程序（LPS）一直是机器学习的基础之一，并在学习系统的可区分优化器中获得了最新进步。尽管有用于高维LP的求解器，但理解高维解决方案带来了正交和未解决的问题。我们介绍了一种方法，我们考虑了LPS的神经编码，这些神经编码证明了为神经学习系统设计的可解释人工智能（XAI）的归因方法的应用。我们提出的几个编码功能都考虑到了方面，例如决策空间的可行性，附加到每个输入的成本或与特殊点的距离。我们研究了几种XAI方法对所述神经LP编码的数学后果。我们从经验上表明，归因方法的显着性和石灰揭示了无法区分的结果，直到扰动水平，一方面，我们提出了定向性的属性，这是显着性和石灰之间的主要判别标准，另一方面是基于扰动的特征置换方法。 。定向性指示归因方法是否给出了该功能增加的特征归因。我们进一步注意到集成梯度的经典计算机视觉设置之外的基线选择问题。

最近有一个努力使机器学习模型更加可解释，以便可以信任他们的性能。尽管成功，但这些方法主要集中在深度学习方法上，而机器学习中的基本优化方法（例如线性程序（LP））已被排除在外。即使可以将LPS视为白框或Clearbox模型，就输入和输出之间的关系而言，它们也不容易理解。由于线性程序仅为优化问题提供最佳解决方案，因此进一步的解释通常会有所帮助。在这项工作中，我们将解释神经网络的归因方法扩展到线性程序。这些方法通过提供模型输入的相关性分数来解释模型，以显示每个输入对输出的影响。除了使用经典的基于梯度的归因方法，我们还提出了一种将基于扰动的归因方法适应LPS的方法。我们对几种不同的线性和整数问题的评估表明，归因方法可以为线性程序生成有用的解释。但是，我们还证明了直接使用神经归因方法可能会带来一些缺点，因为这些方法在神经网络上的属性不一定会转移到线性程序中。如果线性程序具有多个最佳解决方案，则方法也可能会挣扎，因为求解器只是返回一个可能的解决方案。希望我们的结果可以用作朝这个方向进行进一步研究的好起点。

Interpretability provides a means for humans to verify aspects of machine learning (ML) models and empower human+ML teaming in situations where the task cannot be fully automated. Different contexts require explanations with different properties. For example, the kind of explanation required to determine if an early cardiac arrest warning system is ready to be integrated into a care setting is very different from the type of explanation required for a loan applicant to help determine the actions they might need to take to make their application successful. Unfortunately, there is a lack of standardization when it comes to properties of explanations: different papers may use the same term to mean different quantities, and different terms to mean the same quantity. This lack of a standardized terminology and categorization of the properties of ML explanations prevents us from both rigorously comparing interpretable machine learning methods and identifying what properties are needed in what contexts. In this work, we survey properties defined in interpretable machine learning papers, synthesize them based on what they actually measure, and describe the trade-offs between different formulations of these properties. In doing so, we enable more informed selection of task-appropriate formulations of explanation properties as well as standardization for future work in interpretable machine learning.

Explainability has been widely stated as a cornerstone of the responsible and trustworthy use of machine learning models. With the ubiquitous use of Deep Neural Network (DNN) models expanding to risk-sensitive and safety-critical domains, many methods have been proposed to explain the decisions of these models. Recent years have also seen concerted efforts that have shown how such explanations can be distorted (attacked) by minor input perturbations. While there have been many surveys that review explainability methods themselves, there has been no effort hitherto to assimilate the different methods and metrics proposed to study the robustness of explanations of DNN models. In this work, we present a comprehensive survey of methods that study, understand, attack, and defend explanations of DNN models. We also present a detailed review of different metrics used to evaluate explanation methods, as well as describe attributional attack and defense methods. We conclude with lessons and take-aways for the community towards ensuring robust explanations of DNN model predictions.

与此同时，在可解释的人工智能（XAI）的研究领域中，已经开发了各种术语，动机，方法和评估标准。随着XAI方法的数量大大增长，研究人员以及从业者以及从业者需要一种方法：掌握主题的广度，比较方法，并根据特定用例所需的特征选择正确的XAI方法语境。在文献中，可以找到许多不同细节水平和深度水平的XAI方法分类。虽然他们经常具有不同的焦点，但它们也表现出许多重叠点。本文统一了这些努力，并提供了XAI方法的分类，这是关于目前研究中存在的概念的概念。在结构化文献分析和元研究中，我们识别并审查了XAI方法，指标和方法特征的50多个最引用和最新的调查。总结在调查调查中，我们将文章的术语和概念合并为统一的结构化分类。其中的单一概念总计超过50个不同的选择示例方法，我们相应地分类。分类学可以为初学者，研究人员和从业者提供服务作为XAI方法特征和方面的参考和广泛概述。因此，它提供了针对有针对性的，用例导向的基础和上下文敏感的未来研究。

最先进的实体匹配（EM）方法很难解释，并且为EM带来可解释的AI具有重要的价值。不幸的是，大多数流行的解释性方法无法开箱即用，需要适应。在本文中，我们确定了将本地事后特征归因方法应用于实体匹配的三个挑战：跨记录的交互作用，不匹配的解释和灵敏度变化。我们提出了新颖的模型 - 静态和模式 - 富含模型的方法柠檬柠檬，该方法通过（i）产生双重解释来避免交叉记录的互动效果来应对所有三个挑战，（ii）介绍了归因潜力的新颖概念，以解释两个记录如何能够拥有如何具有匹配，（iii）自动选择解释粒度以匹配匹配器和记录对的灵敏度。公共数据集上的实验表明，所提出的方法更忠实于匹配器，并且在帮助用户了解匹配器的决策边界的工作中比以前的工作更具忠诚度。此外，用户研究表明，与标准的解释相比石灰的适应。

无法解释的黑框模型创建场景，使异常引起有害响应，从而造成不可接受的风险。这些风险促使可解释的人工智能（XAI）领域通过评估黑盒神经网络中的局部解释性来改善信任。不幸的是，基本真理对于模型的决定不可用，因此评估仅限于定性评估。此外，可解释性可能导致有关模型或错误信任感的不准确结论。我们建议通过探索Black-Box模型的潜在特征空间来从用户信任的有利位置提高XAI。我们提出了一种使用典型的几弹网络的Protoshotxai方法，该方法探索了不同类别的非线性特征之间的对比歧管。用户通过扰动查询示例的输入功能并记录任何类的示例子集的响应来探索多种多样。我们的方法是第一个可以将其扩展到很少的网络的本地解释的XAI模型。我们将ProtoShotxai与MNIST，Omniglot和Imagenet的最新XAI方法进行了比较，以进行定量和定性，Protoshotxai为模型探索提供了更大的灵活性。最后，Protoshotxai还展示了对抗样品的新颖解释和检测。

除了机器学习（ML）模型的令人印象深刻的预测力外，最近还出现了解释方法，使得能够解释诸如深神经网络的复杂非线性学习模型。获得更好的理解尤其重要。对于安全 - 关键的ML应用或医学诊断等。虽然这种可解释的AI（XAI）技术对分类器达到了重大普及，但到目前为止对XAI的重点进行了很少的关注（Xair）。在这篇综述中，我们澄清了XAI对回归和分类任务的基本概念差异，为Xair建立了新的理论见解和分析，为Xair提供了真正的实际回归问题的示范，最后讨论了该领域仍然存在的挑战。

Explainable artificial intelligence is proposed to provide explanations for reasoning performed by an Artificial Intelligence. There is no consensus on how to evaluate the quality of these explanations, since even the definition of explanation itself is not clear in the literature. In particular, for the widely known Local Linear Explanations, there are qualitative proposals for the evaluation of explanations, although they suffer from theoretical inconsistencies. The case of image is even more problematic, where a visual explanation seems to explain a decision while detecting edges is what it really does. There are a large number of metrics in the literature specialized in quantitatively measuring different qualitative aspects so we should be able to develop metrics capable of measuring in a robust and correct way the desirable aspects of the explanations. In this paper, we propose a procedure called REVEL to evaluate different aspects concerning the quality of explanations with a theoretically coherent development. This procedure has several advances in the state of the art: it standardizes the concepts of explanation and develops a series of metrics not only to be able to compare between them but also to obtain absolute information regarding the explanation itself. The experiments have been carried out on image four datasets as benchmark where we show REVEL's descriptive and analytical power.

可解释的AI（XAI）的基本任务是确定黑匣子功能$ f $做出的预测背后的最重要功能。 Petsiuk等人的插入和缺失测试。 （2018年）用于判断从最重要的对分类至最不重要的算法的质量。在回归问题的激励下，我们在曲线标准（AUC）标准下建立了一个公式，就$ f $的锚定分解中的某些主要效果和相互作用而言。我们找到了在输入到$ f $的随机排序下AUC的期望值的表达式，并提出了回归设置的直线上方的替代区域。我们使用此标准将集成梯度（IG）计算出的特征与内核Shap（KS）以及石灰，DeepLift，Vanilla梯度和输入$ \ times $ \ times $梯度方法进行比较。 KS在我们考虑的两个数据集中具有最好的总体性能，但是计算非常昂贵。我们发现IG几乎和KS一样好，同时更快。我们的比较问题包括一些对IG构成挑战的二进制输入，因为它必须使用可能的变量级别之间的值，因此我们考虑处理IG中二进制变量的方法。我们表明，通过其shapley值进行排序变量并不一定给出插入插入测试的最佳排序。但是，对于加性模型的单调函数（例如逻辑回归），它将做到这一点。

尽管神经网络越来越成功地应用于地球科学中的许多问题，但它们的复杂和非线性结构使对预测的解释变得困难，这限制了模型的信任，并且不允许科学家对眼前的问题获得身体上的见解。在可解释的人工智能（XAI）的新兴领域中引入了许多不同的方法，旨在将网络的预测归因于输入域中的特定特征。通常使用基准数据集（例如MNIST或Imagenet进行图像分类）评估XAI方法。但是，对于大多数这些数据集而言，缺乏归因的客观，理论上得出的地面真理，因此在许多情况下对XAI进行了评估。同样，专门针对地球科学问题设计的基准数据集很少见。在这里，我们根据使用可分离功能的使用提供了一个框架，以生成归因基准数据集，以解决回归问题，该问题是归因的基础真理。我们生成一个大型基准数据集并训练一个完全连接的网络，以学习用于仿真的基础功能。然后，我们将估计的热图从不同的XAI方法与地面真理进行了比较，以确定特定XAI方法表现良好或差的示例。我们认为，本文介绍的基准对于在地球科学中进一步应用神经网络以及更客观的评估和对XAI方法的准确实施非常重要，这将增加模型信任并帮助发现新科学。

众所周知，端到端的神经NLP体系结构很难理解，这引起了近年来为解释性建模的许多努力。模型解释的基本原则是忠诚，即，解释应准确地代表模型预测背后的推理过程。这项调查首先讨论了忠诚的定义和评估及其对解释性的意义。然后，我们通过将方法分为五类来介绍忠实解释的最新进展：相似性方法，模型内部结构的分析，基于反向传播的方法，反事实干预和自我解释模型。每个类别将通过其代表性研究，优势和缺点来说明。最后，我们从它们的共同美德和局限性方面讨论了上述所有方法，并反思未来的工作方向忠实的解释性。对于有兴趣研究可解释性的研究人员，这项调查将为该领域提供可访问且全面的概述，为进一步探索提供基础。对于希望更好地了解自己的模型的用户，该调查将是一项介绍性手册，帮助选择最合适的解释方法。

人工智能（AI）和机器学习（ML）在网络安全挑战中的应用已在行业和学术界的吸引力，部分原因是对关键系统（例如云基础架构和政府机构）的广泛恶意软件攻击。入侵检测系统（IDS）使用某些形式的AI，由于能够以高预测准确性处理大量数据，因此获得了广泛的采用。这些系统托管在组织网络安全操作中心（CSOC）中，作为一种防御工具，可监视和检测恶意网络流，否则会影响机密性，完整性和可用性（CIA）。 CSOC分析师依靠这些系统来决定检测到的威胁。但是，使用深度学习（DL）技术设计的IDS通常被视为黑匣子模型，并且没有为其预测提供理由。这为CSOC分析师造成了障碍，因为他们无法根据模型的预测改善决策。解决此问题的一种解决方案是设计可解释的ID（X-IDS）。这项调查回顾了可解释的AI（XAI）的最先进的ID，目前的挑战，并讨论了这些挑战如何涉及X-ID的设计。特别是，我们全面讨论了黑匣子和白盒方法。我们还在这些方法之间的性能和产生解释的能力方面提出了权衡。此外，我们提出了一种通用体系结构，该建筑认为人类在循环中，该架构可以用作设计X-ID时的指南。研究建议是从三个关键观点提出的：需要定义ID的解释性，需要为各种利益相关者量身定制的解释以及设计指标来评估解释的需求。

可解释的人工智能（XAI）的新兴领域旨在为当今强大但不透明的深度学习模型带来透明度。尽管本地XAI方法以归因图的形式解释了个体预测，从而确定了重要特征的发生位置（但没有提供有关其代表的信息），但全局解释技术可视化模型通常学会的编码的概念。因此，两种方法仅提供部分见解，并留下将模型推理解释的负担。只有少数当代技术旨在将本地和全球XAI背后的原则结合起来，以获取更多信息的解释。但是，这些方法通常仅限于特定的模型体系结构，或对培训制度或数据和标签可用性施加其他要求，这实际上使事后应用程序成为任意预训练的模型。在这项工作中，我们介绍了概念相关性传播方法（CRP）方法，该方法结合了XAI的本地和全球观点，因此允许回答“何处”和“ where”和“什么”问题，而没有其他约束。我们进一步介绍了相关性最大化的原则，以根据模型对模型的有用性找到代表性的示例。因此，我们提高了对激活最大化及其局限性的共同实践的依赖。我们证明了我们方法在各种环境中的能力，展示了概念相关性传播和相关性最大化导致了更加可解释的解释，并通过概念图表，概念组成分析和概念集合和概念子区和概念子区和概念子集和定量研究对模型的表示和推理提供了深刻的见解。它们在细粒度决策中的作用。

这项研究通过对三种不同类型的模型进行基准评估来调查机器学习模型对产生反事实解释的影响：决策树（完全透明，可解释的，白色盒子模型），随机森林（一种半解释，灰色盒模型）和神经网络（完全不透明的黑盒模型）。我们在五个不同数据集（Compas，成人，德国，德语，糖尿病和乳腺癌）中使用四种算法（DICE，WatchERCF，原型和GrowingSpheresCF）测试了反事实生成过程。我们的发现表明：（1）不同的机器学习模型对反事实解释的产生没有影响； （2）基于接近性损失函数的唯一算法是不可行的，不会提供有意义的解释； （3）在不保证反事实生成过程中的合理性的情况下，人们无法获得有意义的评估结果。如果对当前的最新指标进行评估，则不考虑其内部机制中不合理的算法将导致偏见和不可靠的结论； （4）强烈建议对定性分析（以及定量分析），以确保对反事实解释和偏见的潜在识别进行强有力的分析。

本文解决了解释黑框回归模型异常预测的任务。当使用黑框模型（例如从许多传感器测量值中预测能源消耗的一个模型）时，我们通常会有某些观察到的样品可能会显着偏离其预测的情况。这可能是由于亚最佳黑盒模型，或仅仅​​是因为这些样品是异常值。无论哪种情况，理想情况下都希望计算``责任分数''，以指示输入变量负责异常输出的程度。在这项工作中，我们将此任务形式化为一个统计逆问题：给定模型偏离预期值，推断每个输入变量的责任分数。我们提出了一种称为似然补偿（LC）的新方法，该方法基于可能性原理，并计算对每个输入变量的校正。据我们所知，这是第一个计算实际有价值异常模型偏差的责任分数的原则性框架。我们将方法应用于现实世界中的建筑能源预测任务，并根据专家反馈确认其实用性。

卷积神经网络（CNN）最近由于捕获非线性系统行为并提取预测性时空模式而引起了地球科学的极大关注。然而，鉴于其黑盒的性质以及预测性的重要性，可解释的人工智能方法（XAI）已成为解释CNN决策策略的一种手段。在这里，我们建立了一些最受欢迎的XAI方法的比较，并研究了它们在解释CNN的地球科学应用决策方面的保真度。我们的目标是提高对这些方法的理论局限性的认识，并深入了解相对优势和缺点，以帮助指导最佳实践。所考虑的XAI方法首先应用于理想化的归因基准，在该基准中，该网络解释的基础真实是先验，以帮助客观地评估其性能。其次，我们将XAI应用于与气候相关的预测设置，即解释CNN，该CNN经过训练，可以预测气候模拟每日快照中的大气河流数量。我们的结果突出了XAI方法的几个重要问题（例如，梯度破碎，无法区分归因的迹象，对零输入的无知），这些迹象以前在我们的领域被忽略了，如果不谨慎地考虑，可能会导致扭曲的图片CNN决策策略。我们设想，我们的分析将激发对XAI保真度的进一步调查，并将有助于在地球科学中谨慎地实施XAI，这可能导致进一步剥削CNN和深入学习预测问题。

Post-hoc analysis is a popular category in eXplainable artificial intelligence (XAI) study. In particular, methods that generate heatmaps have been used to explain the deep neural network (DNN), a black-box model. Heatmaps can be appealing due to the intuitive and visual ways to understand them but assessing their qualities might not be straightforward. Different ways to assess heatmaps' quality have their own merits and shortcomings. This paper introduces a synthetic dataset that can be generated adhoc along with the ground-truth heatmaps for more objective quantitative assessment. Each sample data is an image of a cell with easily recognized features that are distinguished from localization ground-truth mask, hence facilitating a more transparent assessment of different XAI methods. Comparison and recommendations are made, shortcomings are clarified along with suggestions for future research directions to handle the finer details of select post-hoc analysis methods. Furthermore, mabCAM is introduced as the heatmap generation method compatible with our ground-truth heatmaps. The framework is easily generalizable and uses only standard deep learning components.

由于算法预测对人类的影响增加，模型解释性已成为机器学习（ML）的重要问题。解释不仅可以帮助用户了解为什么ML模型做出某些预测，还可以帮助用户了解这些预测如何更改。在本论文中，我们研究了从三个有利位置的ML模型的解释性：算法，用户和教学法，并为解释性问题贡献了一些新颖的解决方案。

Since the mid-10s, the era of Deep Learning (DL) has continued to this day, bringing forth new superlatives and innovations each year. Nevertheless, the speed with which these innovations translate into real applications lags behind this fast pace. Safety-critical applications, in particular, underlie strict regulatory and ethical requirements which need to be taken care of and are still active areas of debate. eXplainable AI (XAI) and privacy-preserving machine learning (PPML) are both crucial research fields, aiming at mitigating some of the drawbacks of prevailing data-hungry black-box models in DL. Despite brisk research activity in the respective fields, no attention has yet been paid to their interaction. This work is the first to investigate the impact of private learning techniques on generated explanations for DL-based models. In an extensive experimental analysis covering various image and time series datasets from multiple domains, as well as varying privacy techniques, XAI methods, and model architectures, the effects of private training on generated explanations are studied. The findings suggest non-negligible changes in explanations through the introduction of privacy. Apart from reporting individual effects of PPML on XAI, the paper gives clear recommendations for the choice of techniques in real applications. By unveiling the interdependencies of these pivotal technologies, this work is a first step towards overcoming the remaining hurdles for practically applicable AI in safety-critical domains.