Deep learning : comment réduire l’effet « boîte noire » ?

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Vers des modèles de deep learning plus compréhensibles ? Un rapport de recherche illustre une approche fondée sur une modification structurelle de l’espace latent.

Comment justifier les résultats que produisent les réseaux de neurones artificiels ? Deux écoles de pensée se distinguent. L’une se fonde sur des méthodes d’explication a posteriori. L’autre, sur des modèles « intrinsèquement interprétables ».

Trois chercheurs ont récemment publié un rapport fruit de travaux relevant de la seconde approche. Ils l’ont appliquée à la vision par ordinateur. Avec, comme levier, une transformation linéaire commune en data science : le blanchissement. Et comme cible, l’espace latent, où les réseaux neuronaux représentent les concepts qu’ils apprennent.

La démarche implique de modifier légèrement l’architecture du modèle qu’on souhaite interpréter. On y intègre pour cela un module qui  normalise et décorrèle les axes de l’espace latent afin que les concepts s’y alignent. En contraignant ainsi cet espace, on évite la dissémination des informations relatives aux concepts. Et on peut donc potentiellement mieux comprendre, de couche en couche, comment le modèle les assimile.

séparation concepts
a : non normalisé ; b : non décorrélé ; c : normalisé et décorrélé

Deep learning : échange transparence contre performance ?

Ce n’est pas, et de loin, la première initiative consistant à modifier la structure de modèles de deep learning pour les rendre plus « lisibles ». Mais dans le cas présent, on nous avance, benchmarks à l’appui, un atout : une dégradation quasi nulle des performances. De l’ordre de quelques dixièmes de pourcent en l’occurrence.

comparaison modèles
Les chercheurs ont exploité le jeu de données MS COCO pour apporter des concepts d’intérêt destinés à structurer l’espace latent. Puis ils ont mis à l’épreuve des algorithmes populaires de deep learning. Avec les résultats ci-dessus (produits sur le jeu de données Places365).

Sur les couches les plus basses des réseaux neuronaux, limitées en complexité, les concepts ont tendance à reposer sur des informations « primaires » comme la texture et la couleur. Plus on descend, plus les images qui les représentent sont sémantiquement proches. On le voit ci-dessous pour les concepts d’avion, de lit et de personne.

images activées

Illustration principale © psdesign1 – Fotolia

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