Self-driving cars increasingly rely on deep neural networks to achieve human-like driving. The opacity of such black-box planners makes it challenging for the human behind the wheel to accurately anticipate when they will fail, with potentially catastrophic consequences. While research into interpreting these systems has surged, most of it is confined to simulations or toy setups due to the difficulty of real-world deployment, leaving the practical utility of such techniques unknown. Here, we introduce the Concept-Wrapper Network (CW-Net), a method for explaining the behavior of machine-learning-based planners by grounding their reasoning in human-interpretable concepts. We deploy CW-Net on a real self-driving car and show that the resulting explanations improve the human driver's mental model of the car, allowing them to better predict its behavior. To our knowledge, this is the first demonstration that explainable deep learning integrated into self-driving cars can be both understandable and useful in a realistic deployment setting. CW-Net accomplishes this level of intelligibility while providing explanations which are causally faithful and do not sacrifice driving performance. Overall, our study establishes a general pathway to interpretability for autonomous agents by way of concept-based explanations, which could help make them more transparent and safe.


翻译:自动驾驶汽车日益依赖深度神经网络来实现类人驾驶。此类黑盒规划器的不透明性使得驾驶员难以准确预测其何时会失效,从而可能引发灾难性后果。尽管对解释这些系统的研究激增,但由于实际部署困难,大多数研究局限于模拟或简化场景,导致此类技术的实际效用未知。本文提出概念封装网络(CW-Net),该方法通过将基于机器学习的规划器的推理过程锚定于人类可解释的概念,从而解释其行为。我们将CW-Net部署于真实自动驾驶汽车,并证明其生成的解释能改善驾驶员对车辆的心智模型,使其能更准确地预测车辆行为。据我们所知,这是首次证明集成于自动驾驶汽车的可解释深度学习在真实部署环境中兼具可理解性与实用性。CW-Net在提供因果忠实且不影响驾驶性能的解释的同时,实现了这种程度的可理解性。总体而言,本研究通过基于概念的解释,为自主智能体建立了一条通用的可解释性实现路径,有助于提升其透明性与安全性。

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