We propose a unique solution to tackle the often-competing goals of fairness and utility in machine learning classification tasks. While fairness ensures that the model's predictions are unbiased and do not discriminate against any particular group, utility focuses on maximizing the accuracy of the model's predictions. Our aim is to investigate the relationship between uncertainty and fairness. Our approach leverages this concept by employing Bayesian learning to estimate the uncertainty in sample predictions where the estimation is independent of confounding effects related to the protected attribute. Through empirical evidence, we show that samples with low classification uncertainty are modeled more accurately and fairly than those with high uncertainty, which may have biased representations and higher prediction errors. To address the challenge of balancing fairness and utility, we propose a novel fairness-utility objective that is defined based on uncertainty quantification. The weights in this objective are determined by the level of uncertainty, allowing us to optimize both fairness and utility simultaneously. Experiments on real-world datasets demonstrate the effectiveness of our approach. Our results show that our method outperforms state-of-the-art methods in terms of the fairness-utility tradeoff and this applies to both group and individual fairness metrics. This work presents a fresh perspective on the trade-off between accuracy and fairness in machine learning and highlights the potential of using uncertainty as a means to achieve optimal fairness and utility.


翻译:我们提出了一种独特的解决方案,以解决机器学习分类任务中常常存在的公正和实用性之间的竞争目标。 公正确保模型的预测没有偏见,不歧视任何特定群体,而实用性则关注最大化模型预测的准确性。我们旨在研究不确定性和公正之间的关系。我们的方法利用贝叶斯学习来估计样本预测的不确定性,其中估计独立于与受保护属性相关的混杂效应。通过实证证据,我们表明,低分类不确定性的样本比高不确定性的样本更准确地和公平地建模,高不确定性的样本可能具有偏倚的表示和更高的预测误差。为了解决平衡公正和实用性的挑战,我们提出了一种基于不确定性量化定义的新的公正-实用性目标。该目标中的权重由不确定性水平确定,允许我们同时优化公正和实用性。对真实世界的数据集进行的实验证明了我们方法的有效性。我们的结果显示,我们的方法在公正性和实用性权衡方面优于最先进的方法,这适用于群体和个体公正性度量。这项工作为机器学习中准确性和公正性之间的权衡提供了新的视角,并强调了使用不确定性作为实现最佳公正性和实用性的手段的潜力。

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