Fairness aware ranking & recommendations in networks
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Τσιουτσιουλικλής, Σωτήριος
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Algorithmic fairness has attracted significant attention in the past years. Surprisingly,
there is little work on fairness in networks. In this work, we consider fairness for
link analysis algorithms and in particular for the celebrated PageRank algorithm. We
provide definitions for fairness, and propose two approaches for achieving fairness.
Furthermore, we explore how a recommendation system can affect the fairness of
a network. We define objective for a fair recommender and we propose two recom mendation policies in this direction. We present experiments with real and synthetic
graphs that examine the fairness of PageRank, demonstrate qualitatively and quantitatively the properties of our fair algorithms and evaluate the impact of the different
recommendation systems.
Στην εποχή μας, λόγο του συνεχούς αυξανόμενου όγκου των δεδομένων προς επεξεργασία, χρησιμοποιούνται καθημερινά συτήματα και αλγόριθμοι για την ολο κλήρωση διάφορων διαδiκασιών που μέχρι πρόσφατα διεξάγονταν από ανθρώπους. Συνήθεις διαδικασίες τέτοιων αλγορίθμων είναι η κατάταξη και η κατηγοριοποίηση των δεδομένων. Η εφαρμογή τέτοιων αλγορίθμων σε διαδικασίες που σχετίζονται με ανθρώπους (π.χ. 10 καλύτεροι ερευνητές για το 2020) είχαν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση του ζητήματος των άκριτων διακρίσεων διαφόρων μορφών (π.χ. φυλετι κές διακρίσεις) και της άνισης μεταχείρησης ανθρώπων από αλγορίθμους. Παρ’ ότι το φαινόμενο έχει απασχολήσει την ερευνητική κοινότητα σε διάφορες κατηγορίες αλγορίθμων, όπως αυτών της μηχανικής μάθησης, και τα δίκτυα χρησιμοποιούντε στη μοντελοποίηση πληθώρας καθημερινών καταστάσεων και προβλημάτων, ύπαρ χει ελάχιστη δραστηριότητα προς αυτή τη κατεύθυνση στον τομέα των αλγορίθμων δικτύων. Σε αυτη την εργασία επιχειρούμε μια προσέγγιση στη καταπολέμιση των δια κρίσεων σε αλγορίθμους που δρουν σε δίκτυα. Αρχικά, ορίζουμε τις έννοιες της δικαιοσύνης και του δίκαιου αλγορίθμου για δίκτυα. Επικεντρωνόμαστε στον δημοφιλή αλγόριθμο PageRank (Αν και η ανάλυση και οι αλγόριθμοι μπορούν να επεκταθούν κατά φυσικό τρόπο σε διάφορους άλλους αλγορίθμους για δίκτυα) και σε δυαδικά προστατυεόμενα χαρακτηριστικά (π.χ. άντρας - γυναίκα), μελετάμε τις ιδιότητες του δικτύου που το κάνουν άδικο και προτείνουμε διαφορετικές προσ σεγγίσεις προς τη παραγωγή ενός δίκαιου αποτελέσματος διατηρώντας παράλληλα εκείνα τα χαρακτηριστικά του αρχικού αλγορίθμου που τον ξεχωρίζουν και του προσδίδουν ιδιαίτερη αξία. Η πρώτη προσέγγιση χρησιμοποιεί τον διάνυσμα ”άλ ματος” του PageRank για την επίτευξη ενός δίκαιου αποτελέσματος, ενώ η δεύτερη επιχειρεί μέσο της ατομικής συμπεριφοράς κάθε κόμβου αναγκάζοντας τον, κατά κάποιον τρόπο, να λειτουργήσει δίκαια. Επίσης, αξιολογούμε τους διαφορετικούς αλγορίθμους βάση της αλλαγής που φέρνουν σε σύγκριση με τον PageRank και τη χρησιμότητα τους. Οι αλγόριθμοι που προτείνουμε κλιμακώνουν αποδοτικά σε δεδομένα ευρείας κλίμακας. Στη συνέχεια εξετάζουμε την επιρροή των συστημάτων συστάσεων συνδέσμων στη δικαιωσυνή ενός δικτύου. Παρατηρούμε ότι τα εώς τώρα συστήματα συστά σεων δεν επιρεάζουν το δύκτιο σε αυτή τη παράμετρο, παρά διατηρούν την αρχική κατάσταση. Προτείνουμε ένα σύστημα συστάσεων που επιτυγχάνει την ανάδειξη και προβολή της αδικημένης/προστατευόμενης κατηγορίας στο δίκτυο με εξερετικά αποτελέσματα, θυσιάζοντας όμως τη ποιότητα των συστάσεων. Διατηρούμε το σκορ που παράγεται από το σύστημα αυτό και το εφραμόζουμε σε μια υβριδική μορφή σε συνδιασμό με ένα υπάρχον σύστημα συστάσεων. Για την πειραματική αξιολόγηση του συστήματος χρησιμοποιούμε ένα σύστημα συστάσεων βασισμένο σε embed dings προερχόμενα από τον node2vec αλγόριθμο και παρατηρούμε ότι το υβριδικό σύστημα ισορροπεί με ικανοποιητικό τρόπο τους δύο αντικειμενικούς στόχους μας (ανάδειξη της αδικημένης κατηγορίας και διατήρηση ποιοτικών συστάσεων). Επι πλέον, εξετάζουμε σε συνθετικά δίκτυα την συμπεριφορά των διαφόρων συστημά των για διαφορετικές παραμέτρους και βλέπουμε ότι το προτεινόμενο σύστημα δεν επιρεάζεται από τα χαρακτηριστικά του δικτύου και συνεχίζει να έχει όμοια αποτελέσματα. Τέλος, μελετάμε τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των συστάσεων όλων τον αλγορίθμων και προσπαθούμε να εξηγήσουμε το σύστημα συστάσεων μέσα από απλά χαρακτηριστικά των προτεινόμενων συστάσεων.
Στην εποχή μας, λόγο του συνεχούς αυξανόμενου όγκου των δεδομένων προς επεξεργασία, χρησιμοποιούνται καθημερινά συτήματα και αλγόριθμοι για την ολο κλήρωση διάφορων διαδiκασιών που μέχρι πρόσφατα διεξάγονταν από ανθρώπους. Συνήθεις διαδικασίες τέτοιων αλγορίθμων είναι η κατάταξη και η κατηγοριοποίηση των δεδομένων. Η εφαρμογή τέτοιων αλγορίθμων σε διαδικασίες που σχετίζονται με ανθρώπους (π.χ. 10 καλύτεροι ερευνητές για το 2020) είχαν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση του ζητήματος των άκριτων διακρίσεων διαφόρων μορφών (π.χ. φυλετι κές διακρίσεις) και της άνισης μεταχείρησης ανθρώπων από αλγορίθμους. Παρ’ ότι το φαινόμενο έχει απασχολήσει την ερευνητική κοινότητα σε διάφορες κατηγορίες αλγορίθμων, όπως αυτών της μηχανικής μάθησης, και τα δίκτυα χρησιμοποιούντε στη μοντελοποίηση πληθώρας καθημερινών καταστάσεων και προβλημάτων, ύπαρ χει ελάχιστη δραστηριότητα προς αυτή τη κατεύθυνση στον τομέα των αλγορίθμων δικτύων. Σε αυτη την εργασία επιχειρούμε μια προσέγγιση στη καταπολέμιση των δια κρίσεων σε αλγορίθμους που δρουν σε δίκτυα. Αρχικά, ορίζουμε τις έννοιες της δικαιοσύνης και του δίκαιου αλγορίθμου για δίκτυα. Επικεντρωνόμαστε στον δημοφιλή αλγόριθμο PageRank (Αν και η ανάλυση και οι αλγόριθμοι μπορούν να επεκταθούν κατά φυσικό τρόπο σε διάφορους άλλους αλγορίθμους για δίκτυα) και σε δυαδικά προστατυεόμενα χαρακτηριστικά (π.χ. άντρας - γυναίκα), μελετάμε τις ιδιότητες του δικτύου που το κάνουν άδικο και προτείνουμε διαφορετικές προσ σεγγίσεις προς τη παραγωγή ενός δίκαιου αποτελέσματος διατηρώντας παράλληλα εκείνα τα χαρακτηριστικά του αρχικού αλγορίθμου που τον ξεχωρίζουν και του προσδίδουν ιδιαίτερη αξία. Η πρώτη προσέγγιση χρησιμοποιεί τον διάνυσμα ”άλ ματος” του PageRank για την επίτευξη ενός δίκαιου αποτελέσματος, ενώ η δεύτερη επιχειρεί μέσο της ατομικής συμπεριφοράς κάθε κόμβου αναγκάζοντας τον, κατά κάποιον τρόπο, να λειτουργήσει δίκαια. Επίσης, αξιολογούμε τους διαφορετικούς αλγορίθμους βάση της αλλαγής που φέρνουν σε σύγκριση με τον PageRank και τη χρησιμότητα τους. Οι αλγόριθμοι που προτείνουμε κλιμακώνουν αποδοτικά σε δεδομένα ευρείας κλίμακας. Στη συνέχεια εξετάζουμε την επιρροή των συστημάτων συστάσεων συνδέσμων στη δικαιωσυνή ενός δικτύου. Παρατηρούμε ότι τα εώς τώρα συστήματα συστά σεων δεν επιρεάζουν το δύκτιο σε αυτή τη παράμετρο, παρά διατηρούν την αρχική κατάσταση. Προτείνουμε ένα σύστημα συστάσεων που επιτυγχάνει την ανάδειξη και προβολή της αδικημένης/προστατευόμενης κατηγορίας στο δίκτυο με εξερετικά αποτελέσματα, θυσιάζοντας όμως τη ποιότητα των συστάσεων. Διατηρούμε το σκορ που παράγεται από το σύστημα αυτό και το εφραμόζουμε σε μια υβριδική μορφή σε συνδιασμό με ένα υπάρχον σύστημα συστάσεων. Για την πειραματική αξιολόγηση του συστήματος χρησιμοποιούμε ένα σύστημα συστάσεων βασισμένο σε embed dings προερχόμενα από τον node2vec αλγόριθμο και παρατηρούμε ότι το υβριδικό σύστημα ισορροπεί με ικανοποιητικό τρόπο τους δύο αντικειμενικούς στόχους μας (ανάδειξη της αδικημένης κατηγορίας και διατήρηση ποιοτικών συστάσεων). Επι πλέον, εξετάζουμε σε συνθετικά δίκτυα την συμπεριφορά των διαφόρων συστημά των για διαφορετικές παραμέτρους και βλέπουμε ότι το προτεινόμενο σύστημα δεν επιρεάζεται από τα χαρακτηριστικά του δικτύου και συνεχίζει να έχει όμοια αποτελέσματα. Τέλος, μελετάμε τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των συστάσεων όλων τον αλγορίθμων και προσπαθούμε να εξηγήσουμε το σύστημα συστάσεων μέσα από απλά χαρακτηριστικά των προτεινόμενων συστάσεων.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Fairness, Algorithms, Recommendations, Pagerank, Αλγόριθμοι, Κατάταξη, Προτάσεις, Δικαιοσύνη, Σύνδεσμοι
Θεματική κατηγορία
Fairness
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
en
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής
Όνομα επιβλέποντος
Πιτουρά, Ευαγγελία
Εξεταστική επιτροπή
Πιτουρά, Ευαγγελία
Τσαπάρας, Παναγιώτης
Μαμουλής, Νικόλαος
Τσαπάρας, Παναγιώτης
Μαμουλής, Νικόλαος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογραφία: σ. 64-67
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
80 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States