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FastCAV: Efficient Computation of Concept Activation Vectors for Explaining Deep Neural Networks

Schmalwasser, Laines und Penzel, Niklas und Denzler, Joachim und Niebling, Julia (2025) FastCAV: Efficient Computation of Concept Activation Vectors for Explaining Deep Neural Networks. In: 42st International Conference on Machine Learning, ICML 2025, 267, Seiten 53316-53342. Proceedings of Machine Learning Research. ICML 2025, 2025-07-13 - 2025-07-19, Vancouver, Kanada. ISSN 2640-3498.

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4MB

Offizielle URL: https://proceedings.mlr.press/v267/schmalwasser25a.html

Kurzfassung

Concepts such as objects, patterns, and shapes are how humans understand the world. Building on this intuition, concept-based explainability methods aim to study representations learned by deep neural networks in relation to human-understandable concepts. Here, Concept Activation Vectors (CAVs) are an important tool and can identify whether a model learned a concept or not. However, the computational cost and time requirements of existing CAV computation pose a significant challenge, particularly in large-scale, high-dimensional architectures. To address this limitation, we introduce FastCAV, a novel approach that accelerates the extraction of CAVs by up to 63.6x (on average 46.4x). We provide a theoretical foundation for our approach and give concrete assumptions under which it is equivalent to established SVM-based methods. Our empirical results demonstrate that CAVs calculated with FastCAV maintain similar performance while being more efficient and stable. In downstream applications, i.e., concept-based explanation methods, we show that FastCAV can act as a replacement leading to equivalent insights. Hence, our approach enables previously infeasible investigations of deep models, which we demonstrate by tracking the evolution of concepts during model training.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220032/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:FastCAV: Efficient Computation of Concept Activation Vectors for Explaining Deep Neural Networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmalwasser, LainesLaines.Schmalwasser (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-1120-1299198417853
Penzel, NiklasComputer Vision Group, Friedrich-Schiller-Universität Jena, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Denzler, JoachimJoachim.Denzler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Niebling, JuliaJulia.Niebling (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 Oktober 2025
Erschienen in:42st International Conference on Machine Learning, ICML 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:267
Seitenbereich:Seiten 53316-53342
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Schmalwasser, LainesLaines.Schmalwasser (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-1120-1299198417853
Penzel, NiklasComputer Vision Group, Friedrich-Schiller-Universität Jena, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Denzler, JoachimJoachim.Denzler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Niebling, JuliaJulia.Niebling (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Proceedings of Machine Learning Research
Name der Reihe:Proceedings of the 42nd International Conference on Machine Learning
ISSN:2640-3498
Status:veröffentlicht
Stichwörter:explainability, concept-based explanations, concept activation vectors, computational efficiency, deep learning
Veranstaltungstitel:ICML 2025
Veranstaltungsort:Vancouver, Kanada
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:13 Juli 2025
Veranstaltungsende:19 Juli 2025
Veranstalter :International Machine Learning Society
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Kollaboration von Luftfahrt-Operateuren und KI-Systemen
Standort: Jena
Institute & Einrichtungen:Institut für Datenwissenschaften > Datenanalyse und -intelligenz
Hinterlegt von: Schmalwasser, Laines
Hinterlegt am:01 Dez 2025 13:12
Letzte Änderung:01 Dez 2025 13:12

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