On Pixel-Wise Explanations for Non-Linear Classifier Decisions by Layer-Wise Relevance Propagation

MNIST数据库 计算机科学 人工智能 像素 帕斯卡(单位) 上下文图像分类 人工神经网络 模式识别(心理学) 分类器(UML) 机器学习 数据挖掘 图像(数学) 程序设计语言
作者
Sebastian Bach,Alexander Binder,Grégoire Montavon,Frederick Klauschen,Klaus Robert Müller,Wojciech Samek
出处
期刊:PLOS ONE [Public Library of Science]
卷期号:10 (7): e0130140-e0130140 被引量:2764
标识
DOI:10.1371/journal.pone.0130140
摘要

Understanding and interpreting classification decisions of automated image classification systems is of high value in many applications, as it allows to verify the reasoning of the system and provides additional information to the human expert. Although machine learning methods are solving very successfully a plethora of tasks, they have in most cases the disadvantage of acting as a black box, not providing any information about what made them arrive at a particular decision. This work proposes a general solution to the problem of understanding classification decisions by pixel-wise decomposition of nonlinear classifiers. We introduce a methodology that allows to visualize the contributions of single pixels to predictions for kernel-based classifiers over Bag of Words features and for multilayered neural networks. These pixel contributions can be visualized as heatmaps and are provided to a human expert who can intuitively not only verify the validity of the classification decision, but also focus further analysis on regions of potential interest. We evaluate our method for classifiers trained on PASCAL VOC 2009 images, synthetic image data containing geometric shapes, the MNIST handwritten digits data set and for the pre-trained ImageNet model available as part of the Caffe open source package.
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