Machine learning software can generate models that inappropriately discriminate against specific protected social groups (e.g., groups based on gender, ethnicity, etc). Motivated by those results, software engineering researchers have proposed many methods for mitigating those discriminatory effects. While those methods are effective in mitigating bias, few of them can provide explanations on what is the cause of bias. Here we propose xFAIR, a model-based extrapolation method, that is capable of both mitigating bias and explaining the cause. In our xFAIR approach, protected attributes are represented by models learned from the other independent variables (and these models offer extrapolations over the space between existing examples). We then use the extrapolation models to relabel protected attributes, which aims to offset the biased predictions of the classification model via rebalancing the distribution of protected attributes. The experiments of this paper show that, without compromising(original) model performance,xFAIRcan achieve significantly better group and individual fairness (as measured in different metrics)than benchmark methods. Moreover, when compared to another instance-based rebalancing method, our model-based approach shows faster runtime and thus better scalability


翻译:机器学习软件可以产生不适当地歧视特定受保护社会群体(例如基于性别、族裔等的群体)的模式。受这些结果的驱动,软件工程研究人员提出了许多减轻这些歧视性影响的方法。虽然这些方法在减少偏见方面是有效的,但其中很少有人能够解释偏见的原因。我们在这里提议xFAIR,一个基于模型的外推法,既能减轻偏见,又能解释原因。在我们的xFAIR方法中,从其他独立变量中学习的模式代表了受保护的属性(这些模型对现有实例之间的空间进行外推 )。我们然后利用这些外推模型重新标出受保护的属性,目的是通过重新平衡受保护属性的分配来抵消分类模式的偏差预测。本文的实验表明,在不损害(原始)模型性能的情况下,xFAIRcan取得了比基准方法(以不同计量衡量的)更好的群体和个人公平性。此外,与另一种基于实例的再平衡方法相比,我们基于模型的方法显示出更快的运行时间,因此更具有更好的可伸缩性。

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