Artificial intelligence (AI) systems utilizing deep neural networks (DNNs) and machine learning (ML) algorithms are widely used for solving important problems in bioinformatics, biomedical informatics, and precision medicine. However, complex DNNs or ML models, which are often perceived as opaque and black-box, can make it difficult to understand the reasoning behind their decisions. This lack of transparency can be a challenge for both end-users and decision-makers, as well as AI developers. Additionally, in sensitive areas like healthcare, explainability and accountability are not only desirable but also legally required for AI systems that can have a significant impact on human lives. Fairness is another growing concern, as algorithmic decisions should not show bias or discrimination towards certain groups or individuals based on sensitive attributes. Explainable artificial intelligence (XAI) aims to overcome the opaqueness of black-box models and provide transparency in how AI systems make decisions. Interpretable ML models can explain how they make predictions and the factors that influence their outcomes. However, most state-of-the-art interpretable ML methods are domain-agnostic and evolved from fields like computer vision, automated reasoning, or statistics, making direct application to bioinformatics problems challenging without customization and domain-specific adaptation. In this paper, we discuss the importance of explainability in the context of bioinformatics, provide an overview of model-specific and model-agnostic interpretable ML methods and tools, and outline their potential caveats and drawbacks. Besides, we discuss how to customize existing interpretable ML methods for bioinformatics problems. Nevertheless, we demonstrate how XAI methods can improve transparency through case studies in bioimaging, cancer genomics, and text mining.


翻译:利用深层神经网络(DNN)和机器学习(ML)算法的人工智能系统(AI)利用深层神经网络(DNNs)和机器学习(ML)算法,被广泛用于解决生物信息学、生物信息学、精密医学等重要问题。然而,复杂的DNNS或ML模型(通常被视为不透明、黑箱)可能难以理解其决定背后的推理。这种缺乏透明度对于终端用户和决策者以及AI开发者来说都是一种挑战。此外,在保健等敏感领域,解释性和问责性不仅可取,而且法律上也要求能够对人类生活产生重大影响的AI系统。公平性是另一个日益引起关注的问题,因为基于敏感属性的算法决定不应对某些群体或个人表现出偏见或歧视。可解释的人工智能(XAI)旨在克服黑箱模型的不透明性,并为AI系统的决策提供透明性。可解释的ML模型如何做出模型预测以及影响其结果的因素。然而,大多数可我们解释的ML方法是域-直系方法,用于域-直域-直观和从域域域-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-直观-

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