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황의종 & 서창호 교수 연구팀, 공정한 머신러닝 모델 학습을 위한 새로운 배치 선택 기법 개발

전기및전자공학부 황의종 교수님과 서창호 교수님 연구팀에서 공정한 머신러닝 모델 학습을 위한 새로운 배치 선택 기법을 개발했습니다. 본 연구는 노유지 박사과정(지도교수 황의종)이 주저자로 참여했고, 위스콘신 매디슨 전기컴퓨터공학부 이강욱 교수님과의 공동 연구로 진행되었습니다.

 

인공지능 기술이 인간에게 단순히 편리성을 가져다주던 단계에서, 이제는 사회 전반에 걸쳐 광범위하게 활용되며 인간의 삶에 많은 영향을 미치고 있습니다. 최근 인공지능의 긍정적인 효과 이면에 머신러닝 모델이 특정 개인 혹은 집단을 차별하는 사례가 다수 발견되었고, 이에 따라 공정성(fairness)을 고려한 머신러닝 학습의 필요성에 대한 사회적인 공감이 커지고 있습니다.

 

본 연구팀은 공정한 머신러닝 모델 학습을 위한 새로운 배치 선택(batch selection) 기법인 FairBatch를 제안합니다. 기존의 공정성을 위한 머신러닝 기법들은 학습 데이터 혹은 알고리즘 자체에 큰 수정이 요구되었는데, 이와는 달리 FairBatch는 데이터를 샘플링하는 배치 선택 단계에서 한 줄의 코드 변경만으로 높은 정확도와 공정성을 효과적으로 달성합니다. 또한 FairBatch는 이중수준 최적화를 통한 해석을 기반으로 하며, 다양한 시나리오에서 폭 넓게 활용이 가능함을 보였습니다.

 

연구팀은 FairBatch가 높은 성능을 달성함과 동시에 실제 머신러닝 파이프라인에 쉽게 적용될 수 있다는 장점을 가졌기에, 해당 학습 기법을 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있을 것이라고 설명했습니다. 또한 공정한 머신러닝 시스템에 대한 사회적 요구가 더욱 커짐에 따라, 이에 대한 활발한 후속 연구가 진행될 것으로 예상됩니다. 본 연구 성과는 머신러닝 최고 권위 학회인 ICLR (International Conference for Learning Representations) 2021에서 발표되었습니다.

 

자세한 연구 내용은 하단의 링크에서 확인하실 수 있습니다.

Figure 1. A scenario that shows how FairBatch adaptively adjusts batch ratios in model training for fairness.

Figure 2.  PyTorch code for model training where FairBatch is used for batch selection. Only a single-line code change is required to replace an existing sampler with FairBatch, marked in blue.

 

Title: FairBatch: Batch Selection for Model Fairness

Authors: Yuji Roh (KAIST EE), Kangwook Lee (Wisconsin-Madison Electrical & Computer Engineering), Steven Euijong Whang (KAIST EE), and Changho Suh (KAIST EE)

Paper: https://openreview.net/forum?id=YNnpaAKeCfx

Source code: https://github.com/yuji-roh/fairbatch

Slides: https://docs.google.com/presentation/d/1IfaYovisZUYxyofhdrgTYzHGXIwixK9EyoAsoE1YX-w/edit?usp=sharing

Copyright ⓒ 2015 KAIST Electrical Engineering. All rights reserved. Made by PRESSCAT

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