パンダDataFrameから公平性指標へのケーススタディ

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ケーススタディの概要

このケーススタディでは、適用されますTensorFlowモデル分析および公正インジケータを各行がグランドトゥルースラベル、さまざまな機能が含まれているパンダDATAFRAME、およびモデル予測として格納されたデータを評価します。モデルの構築とトレーニングに使用されるフレームワークとは関係なく、このワークフローを使用して潜在的な公平性の懸念を特定する方法を示します。このケーススタディのように、Pandas DataFrameに変換されると、任意の機械学習フレームワーク（TensorFlow、JAXなど）の結果を分析できます。

この演習では、我々は開発したディープ・ニューラルネットワーク（DNN）モデル活用しますTensorflow格子と倫理のための形状の制約法科大学院の入試委員会（LSAC）から法科大学院の入試データセットを使用したケーススタディを。この分類子は、ロースクール入試（LSAT）スコアと学部GPAに基づいて、学生がバーに合格するかどうかを予測しようとします。この分類子は、LSATスコアと学部GPAに基づいて、学生が基準を通過するかどうかを予測しようとします。

LSACデータセット

このケーススタディ内で使用されるデータセットは、もともと'と呼ばれる研究のために収集したLSAC全国縦断バーパッセージ研究。 LSAC研究報告シリーズのデータセットが現在ホストされている1998年にリンダWightmanよる「ここに。

  • dnn_bar_pass_prediction：DNNモデルからLSAT予測。
  • 性別：学生の性別。
  • LSAT：LSATスコアは、学生が受信しました。
  • pass_bar：グランドトゥルースラベルは、学生が最終的にバーを通過したかどうかを示します。
  • レース：学生の人種。
  • UGPA：学生の学部GPA。
!pip install -q -U pip==20.2

!pip install -q -U \
  tensorflow-model-analysis==0.30.0 \
  tensorflow-data-validation==0.30.0 \
  tfx-bsl==0.30.0

必要なパッケージのインポート：

import os
import tempfile
import pandas as pd
import six.moves.urllib as urllib
import pprint

import tensorflow_model_analysis as tfma
from google.protobuf import text_format

import tensorflow as tf
tf.compat.v1.enable_v2_behavior()

データをダウンロードして、初期データセットを調べます。

# Download the LSAT dataset and setup the required filepaths.
_DATA_ROOT = tempfile.mkdtemp(prefix='lsat-data')
_DATA_PATH = 'https://storage.googleapis.com/lawschool_dataset/bar_pass_prediction.csv'
_DATA_FILEPATH = os.path.join(_DATA_ROOT, 'bar_pass_prediction.csv')

data = urllib.request.urlopen(_DATA_PATH)

_LSAT_DF = pd.read_csv(data)

# To simpliy the case study, we will only use the columns that will be used for
# our model.
_COLUMN_NAMES = [
  'dnn_bar_pass_prediction',
  'gender',
  'lsat',
  'pass_bar',
  'race1',
  'ugpa',
]

_LSAT_DF.dropna()
_LSAT_DF['gender'] = _LSAT_DF['gender'].astype(str)
_LSAT_DF['race1'] = _LSAT_DF['race1'].astype(str)
_LSAT_DF = _LSAT_DF[_COLUMN_NAMES]

_LSAT_DF.head()

公平性インジケーターを構成します。

DataFrameで公平性インジケーターを使用するときに考慮する必要のあるパラメーターがいくつかあります。

  • 入力DataFrameには、モデルの予測列とラベル列が含まれている必要があります。デフォルトでは、公平性の指標は、予測列と呼ば探しますpredictionとラベル列と呼ばれるlabelあなたのデータフレーム内。

    • これらの値のいずれかが見つからない場合、KeyErrorが発生します。

  • データフレームに加えて、あなたも含める必要がありますeval_configコンピューティングへのメトリクス、上の指標を計算するためのスライス、および例えば、ラベルや予測のために列名を含める必要があります。

    • metrics_specs計算にメトリックを設定します。 FairnessIndicatorsメトリックは、公平性メトリックをレンダリングする必要があります、あなたは追加のオプションのメトリックの一覧を見ることができますここで。

    • slicing_specsあなたが調査に興味を持っている特色かを指定するオプションのスライスパラメータです。このケーススタディでは、race1が使用されますが、この値を別の機能（たとえば、このDataFrameのコンテキストでの性別）に設定することもできます。場合slicing_specs提供されていないすべての機能が含まれます。

    • あなたのデータフレームは、デフォルトと異なるラベルまたは予測列が含まれている場合predictionやlabel 、あなたが設定することができlabel_keyとprediction_key新しい値に。

  • 場合output_path指定されていない一時的なディレクトリが作成されます。

# Specify Fairness Indicators in eval_config.
eval_config = text_format.Parse("""
  model_specs {
    prediction_key: 'dnn_bar_pass_prediction',
    label_key: 'pass_bar'
  }
  metrics_specs {
    metrics {class_name: "AUC"}
    metrics {
      class_name: "FairnessIndicators"
      config: '{"thresholds": [0.50, 0.90]}'
    }
  }
  slicing_specs {
    feature_keys: 'race1'
  }
  slicing_specs {}
  """, tfma.EvalConfig())

# Run TensorFlow Model Analysis.
eval_result = tfma.analyze_raw_data(
  data=_LSAT_DF,
  eval_config=eval_config,
  output_path=_DATA_ROOT)

WARNING:apache_beam.runners.interactive.interactive_environment:Dependencies required for Interactive Beam PCollection visualization are not available, please use: `pip install apache-beam[interactive]` to install necessary dependencies to enable all data visualization features.
WARNING:apache_beam.io.tfrecordio:Couldn't find python-snappy so the implementation of _TFRecordUtil._masked_crc32c is not as fast as it could be.
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow_model_analysis/writers/metrics_plots_and_validations_writer.py:113: tf_record_iterator (from tensorflow.python.lib.io.tf_record) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use eager execution and: 
`tf.data.TFRecordDataset(path)`
WARNING:tensorflow:From /tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/tensorflow_model_analysis/writers/metrics_plots_and_validations_writer.py:113: tf_record_iterator (from tensorflow.python.lib.io.tf_record) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Use eager execution and: 
`tf.data.TFRecordDataset(path)`

公平性インジケーターを使用してモデルのパフォーマンスを調べます。

公平性インジケーターを実行した後、モデルのパフォーマンスを分析するために選択したさまざまなメトリックを視覚化できます。このケーススタディには、公平性指標と任意に選択されたAUCが含まれています。

各レーススライスの全体的なAUCを最初に見ると、モデルのパフォーマンスにわずかな不一致が見られますが、間違いなく憂慮すべきことは何もありません。

  • アジア：0.58
  • ブラック：0.58
  • ヒスパニック：0.58
  • その他：0.64
  • ホワイト：0.6

ただし、人種ごとに分割された偽陰性率を見ると、モデルはユーザーがさまざまな率でバーを通過する可能性を誤って予測しており、今回はかなりの割合でそうしています。

  • アジア：0.01
  • ブラック：0.05
  • ヒスパニック：0.02
  • その他：0.01
  • ホワイト：0.01

最も顕著なのは、黒人と白人の学生の違いは約380％です。つまり、私たちのモデルは、黒人の学生が白人の学生よりもバーを通過しないと誤って予測する可能性がほぼ4倍高いことを意味します。この取り組みを継続する場合、開業医はこれらの結果を、モデルがあらゆるバックグラウンドの人々にうまく機能することを保証するためにより多くの時間を費やす必要があるというシグナルとして使用できます。

# Render Fairness Indicators.
tfma.addons.fairness.view.widget_view.render_fairness_indicator(eval_result)

FairnessIndicatorViewer(slicingMetrics=[{'sliceValue': 'Overall', 'slice': 'Overall', 'metrics': {'auc': {'dou…

tfma.EvalResult

eval_resultオブジェクト、上記レンダリングrender_fairness_indicator() 、あなたのプログラムにTFMA結果を読み取るために使用することができ、独自のAPIを持っています。

get_slice_names()とget_metric_names()

評価されたスライスとメトリックを取得するには、それぞれの関数を使用できます。

pp = pprint.PrettyPrinter()

print("Slices:")
pp.pprint(eval_result.get_slice_names())
print("\nMetrics:")
pp.pprint(eval_result.get_metric_names())

Slices:
[(),
 (('race1', 'white'),),
 (('race1', 'hisp'),),
 (('race1', 'asian'),),
 (('race1', 'black'),),
 (('race1', 'nan'),),
 (('race1', 'other'),)]

Metrics:
['fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5',
 'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5',
 'auc',
 'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5',
 'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5',
 'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5',
 'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5',
 'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9',
 'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5',
 'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5']

get_metrics_for_slice()とget_metrics_for_all_slices()

あなたが特定のスライスのメトリックを取得したい場合は、あなたが使用することができますget_metrics_for_slice()それはへの辞書マッピングメトリック名を返すメトリック値を。

baseline_slice = ()
black_slice = (('race1', 'black'),)

print("Baseline metric values:")
pp.pprint(eval_result.get_metrics_for_slice(baseline_slice))
print("Black metric values:")
pp.pprint(eval_result.get_metrics_for_slice(black_slice))

Baseline metric values:
{'auc': {'doubleValue': 0.6286112666130066},
 'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.052173524948674464},
 'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.0502241746297722},
 'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 4.7085412939071474e-05},
 'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.012524719841793012},
 'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
 'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.8159509202453987},
 'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
 'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9486740804106074},
 'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 4.462891060829205e-05},
 'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.014549024858303209},
 'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 0.9999553710893917},
 'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9854509751416968},
 'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
 'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.05132591958939264},
 'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 0.9999529145870609},
 'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.987475280158207} }
Black metric values:
{'auc': {'doubleValue': 0.5779293775558472},
 'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.22189128816083395},
 'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.21048451151707703},
 'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
 'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.04880382775119617},
 'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 'NaN'},
 'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.6071428571428571},
 'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
 'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.889261744966443},
 'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
 'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.06254653760238273},
 'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
 'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9374534623976173},
 'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
 'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.11073825503355705},
 'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
 'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9511961722488038} }

あなたはすべてのスライスのメトリックを取得したい場合は、 get_metrics_for_all_slices()辞書のマッピングに対応する各スライスを返しget_metrics_for_slices(slice) 。

pp.pprint(eval_result.get_metrics_for_all_slices())

{(): {'auc': {'doubleValue': 0.6286112666130066},
      'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.052173524948674464},
      'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.0502241746297722},
      'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 4.7085412939071474e-05},
      'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.012524719841793012},
      'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
      'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.8159509202453987},
      'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
      'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9486740804106074},
      'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 4.462891060829205e-05},
      'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.014549024858303209},
      'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 0.9999553710893917},
      'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9854509751416968},
      'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
      'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.05132591958939264},
      'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 0.9999529145870609},
      'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.987475280158207} },
 (('race1', 'asian'),): {'auc': {'doubleValue': 0.5817844271659851},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.07803790412486064},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.07674943566591422},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.010882708585247884},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 'NaN'},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.8181818181818182},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9714285714285714},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.012263099219620958},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.987736900780379},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.02857142857142857},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9891172914147521} },
 (('race1', 'black'),): {'auc': {'doubleValue': 0.5779293775558472},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.22189128816083395},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.21048451151707703},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.04880382775119617},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 'NaN'},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.6071428571428571},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.889261744966443},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.06254653760238273},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9374534623976173},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.11073825503355705},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9511961722488038} },
 (('race1', 'hisp'),): {'auc': {'doubleValue': 0.5754180550575256},
                        'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.124634858812074},
                        'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.12139303482587065},
                        'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                        'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.017797552836484983},
                        'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 'NaN'},
                        'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.7272727272727273},
                        'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                        'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.953125},
                        'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                        'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.021421616358325218},
                        'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                        'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9785783836416748},
                        'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                        'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.046875},
                        'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                        'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.982202447163515} },
 (('race1', 'nan'),): {'auc': {'doubleValue': 0.7142857313156128},
                       'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.125},
                       'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.125},
                       'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                       'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.0},
                       'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 'NaN'},
                       'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 'NaN'},
                       'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                       'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 1.0},
                       'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                       'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.0},
                       'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                       'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 1.0},
                       'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                       'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.0},
                       'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                       'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 1.0} },
 (('race1', 'other'),): {'auc': {'doubleValue': 0.6389539241790771},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.10294117647058823},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.09523809523809523},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.01366120218579235},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 'NaN'},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.5555555555555556},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9047619047619048},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.022058823529411766},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9779411764705882},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.09523809523809523},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9863387978142076} },
 (('race1', 'white'),): {'auc': {'doubleValue': 0.5987964272499084},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.5': {'doubleValue': 0.03360940422121293},
                         'fairness_indicators_metrics/false_discovery_rate@0.9': {'doubleValue': 0.03316050982933679},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 5.52883286338254e-05},
                         'fairness_indicators_metrics/false_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.010228340797257698},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_omission_rate@0.9': {'doubleValue': 0.925},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 1.0},
                         'fairness_indicators_metrics/false_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9761526232114467},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.5': {'doubleValue': 5.3430220132506944e-05},
                         'fairness_indicators_metrics/negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.010686044026501388},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.5': {'doubleValue': 0.9999465697798675},
                         'fairness_indicators_metrics/positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9893139559734986},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.5': {'doubleValue': 0.0},
                         'fairness_indicators_metrics/true_negative_rate@0.9': {'doubleValue': 0.02384737678855326},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.5': {'doubleValue': 0.9999447116713662},
                         'fairness_indicators_metrics/true_positive_rate@0.9': {'doubleValue': 0.9897716592027423} } }

結論

このケーススタディでは、データセットをPandas DataFrameにインポートし、それをFairnessIndicatorsで分析しました。モデルの結果と基礎となるデータを理解することは、モデルが有害なバイアスを反映していないことを確認するための重要なステップです。このケーススタディのコンテキストでは、LSACデータセットと、このデータからの予測が学生のレースによってどのように影響を受ける可能性があるかを調べました。 「何が不公平で何が公正であるか」という概念は、教育、雇用、機械学習など、50年以上にわたって複数の分野で導入されてきました。 1公正インジケータは、お使いの機械学習モデルのヘルプ軽減の公平性の問題へのツールです。

懸念は見公正性についてさらに学ぶために公正インジケータおよびリソースの使用方法の詳細についてはこちらを。

  1. ハッチンソン、B。、ミッチェル、M。（2018）。 50年間のテスト（不）公平性：機械学習の教訓。 https://arxiv.org/abs/1811.10104

付録

以下は、MLモデルをPandasDataFrameに変換するのに役立ついくつかの関数です。

# TensorFlow Estimator to Pandas DataFrame:

# _X_VALUE =  # X value of binary estimator.
# _Y_VALUE =  # Y value of binary estimator.
# _GROUND_TRUTH_LABEL =  # Ground truth value of binary estimator.

def _get_predicted_probabilities(estimator, input_df, get_input_fn):
  predictions = estimator.predict(
      input_fn=get_input_fn(input_df=input_df, num_epochs=1))
  return [prediction['probabilities'][1] for prediction in predictions]

def _get_input_fn_law(input_df, num_epochs, batch_size=None):
  return tf.compat.v1.estimator.inputs.pandas_input_fn(
      x=input_df[[_X_VALUE, _Y_VALUE]],
      y=input_df[_GROUND_TRUTH_LABEL],
      num_epochs=num_epochs,
      batch_size=batch_size or len(input_df),
      shuffle=False)

def estimator_to_dataframe(estimator, input_df, num_keypoints=20):
  x = np.linspace(min(input_df[_X_VALUE]), max(input_df[_X_VALUE]), num_keypoints)
  y = np.linspace(min(input_df[_Y_VALUE]), max(input_df[_Y_VALUE]), num_keypoints)

  x_grid, y_grid = np.meshgrid(x, y)

  positions = np.vstack([x_grid.ravel(), y_grid.ravel()])
  plot_df = pd.DataFrame(positions.T, columns=[_X_VALUE, _Y_VALUE])
  plot_df[_GROUND_TRUTH_LABEL] = np.ones(len(plot_df))
  predictions = _get_predicted_probabilities(
      estimator=estimator, input_df=plot_df, get_input_fn=_get_input_fn_law)
  return pd.DataFrame(
      data=np.array(np.reshape(predictions, x_grid.shape)).flatten())