In domains ranging from computer vision to natural language processing, machine learning models have been shown to exhibit stark disparities, often performing worse for members of traditionally underserved groups. One factor contributing to these performance gaps is a lack of representation in the data the models are trained on. It is often unclear, however, how to operationalize representativeness in specific applications. Here we formalize the problem of creating equitable training datasets, and propose a statistical framework for addressing this problem. We consider a setting where a model builder must decide how to allocate a fixed data collection budget to gather training data from different subgroups. We then frame dataset creation as a constrained optimization problem, in which one maximizes a function of group-specific performance metrics based on (estimated) group-specific learning rates and costs per sample. This flexible approach incorporates preferences of model-builders and other stakeholders, as well as the statistical properties of the learning task. When data collection decisions are made sequentially, we show that under certain conditions this optimization problem can be efficiently solved even without prior knowledge of the learning rates. To illustrate our approach, we conduct a simulation study of polygenic risk scores on synthetic genomic data -- an application domain that often suffers from non-representative data collection. We find that our adaptive sampling strategy outperforms several common data collection heuristics, including equal and proportional sampling, demonstrating the value of strategic dataset design for building equitable models.


翻译:在从计算机视野到自然语言处理的各个领域,机器学习模式显示存在明显的差异,对传统上服务不足的群体的成员来说,这种差异往往更差。造成这些绩效差距的一个因素是,这些模型所培训的数据缺乏代表性,然而,如何在具体应用中落实代表性往往不明确。在这里,我们正式确定建立公平培训数据集的问题,并提出解决这一问题的统计框架。我们考虑一个设置,模型构建者必须决定如何分配固定的数据收集预算,从不同分组收集培训数据。然后,我们将数据集的创建视为一个有限的优化问题,在其中,根据(估计的)特定群体学习率和每个样本的成本,最大限度地利用特定群体的业绩指标的功能。这种灵活办法包括模型构建者和其他利益相关者的偏好以及学习任务的统计属性。在按顺序做出数据收集决定时,我们发现在某些条件下,即使不事先了解学习率,最优化问题也可以有效解决。为了说明我们的方法,我们对合成基因组数据建设的多因风险分数进行模拟研究,在其中,一个基于(估计)特定群体学习率的学习率和成本的每个样本中,一个应用领域的功能。我们通常会发现,一个从共同的抽样抽样数据收集中发现,一个不同比例的数据收集领域,我们发现,从不具有平等的抽样分析。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
1+阅读 · 2022年4月19日
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月19日
Synthesizing Informative Training Samples with GAN
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月15日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
VIP会员
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员