The Extended Dawid-Skene Model:Fusing Information from Multiple Data Schemas

While label fusion from multiple noisy annotations is a well understood concept in data wrangling (tackled for example by the Dawid-Skene (DS) model), we consider the extended problem of carrying out learning when the labels themselves are not consistently annotated with the same schema. We show that even if annotators use disparate, albeit related, label-sets, we can still draw inferences for the underlying full label-set. We propose the Inter-Schema AdapteR (ISAR) to translate the fully-specified label-set to the one used by each annotator, enabling learning under such heterogeneous schemas, without the need to re-annotate the data. We apply our method to a mouse behavioural dataset, achieving significant gains (compared with DS) in out-of-sample log-likelihood (-3.40 to -2.39) and F1-score (0.785 to 0.864).Comment: Updated with Author-Preprint version following Publication in P. Cellier and K. Driessens (Eds.): ECML PKDD 2019 Workshops, CCIS 1167, pp. 121 - 136, 202

Towards Quality-of-Service Metrics for Symbolic Knowledge Injection

The integration of symbolic knowledge and sub-symbolic predictors represents a recent popular trend in AI. Among the set of integration approaches, Symbolic Knowledge Injection (SKI) proposes the exploitation of human-intelligible knowledge to steer sub-symbolic models towards some desired behaviour. The vast majority of works in the field of SKI aim at increasing the predictive performance of the sub-symbolic model at hand and, therefore, measure SKI strength solely based on performance improvements. However, a variety of artefacts exist that affect this measure, mostly linked to the quality of the injected knowledge and the underlying predictor. Moreover, the use of injection techniques introduces the possibility of producing more efficient sub-symbolic models in terms of computations, energy, and data required. Therefore, novel and reliable Quality-of-Service (QoS) measures for SKI are clearly needed, aiming at robustly identifying the overall quality of an injection mechanism. Accordingly, in this work, we propose and mathematically model the first – up to our knowledge – set of QoS metrics for SKI, focusing on measuring injection robustness and efficiency gain

Explainable methods for knowledge graph refinement and exploration via symbolic reasoning

Knowledge Graphs (KGs) have applications in many domains such as Finance, Manufacturing, and Healthcare. While recent efforts have created large KGs, their content is far from complete and sometimes includes invalid statements. Therefore, it is crucial to refine the constructed KGs to enhance their coverage and accuracy via KG completion and KG validation. It is also vital to provide human-comprehensible explanations for such refinements, so that humans have trust in the KG quality. Enabling KG exploration, by search and browsing, is also essential for users to understand the KG value and limitations towards down-stream applications. However, the large size of KGs makes KG exploration very challenging. While the type taxonomy of KGs is a useful asset along these lines, it remains insufficient for deep exploration. In this dissertation we tackle the aforementioned challenges of KG refinement and KG exploration by combining logical reasoning over the KG with other techniques such as KG embedding models and text mining. Through such combination, we introduce methods that provide human-understandable output. Concretely, we introduce methods to tackle KG incompleteness by learning exception-aware rules over the existing KG. Learned rules are then used in inferring missing links in the KG accurately. Furthermore, we propose a framework for constructing human-comprehensible explanations for candidate facts from both KG and text. Extracted explanations are used to insure the validity of KG facts. Finally, to facilitate KG exploration, we introduce a method that combines KG embeddings with rule mining to compute informative entity clusters with explanations.Wissensgraphen haben viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen, beispielsweise im Finanz- und Gesundheitswesen. Wissensgraphen sind jedoch unvollständig und enthalten auch ungültige Daten. Hohe Abdeckung und Korrektheit erfordern neue Methoden zur Wissensgraph-Erweiterung und Wissensgraph-Validierung. Beide Aufgaben zusammen werden als Wissensgraph-Verfeinerung bezeichnet. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Erklärbarkeit und Verständlichkeit von Wissensgraphinhalten für Nutzer. In Anwendungen ist darüber hinaus die nutzerseitige Exploration von Wissensgraphen von besonderer Bedeutung. Suchen und Navigieren im Graph hilft dem Anwender, die Wissensinhalte und ihre Limitationen besser zu verstehen. Aufgrund der riesigen Menge an vorhandenen Entitäten und Fakten ist die Wissensgraphen-Exploration eine Herausforderung. Taxonomische Typsystem helfen dabei, sind jedoch für tiefergehende Exploration nicht ausreichend. Diese Dissertation adressiert die Herausforderungen der Wissensgraph-Verfeinerung und der Wissensgraph-Exploration durch algorithmische Inferenz über dem Wissensgraph. Sie erweitert logisches Schlussfolgern und kombiniert es mit anderen Methoden, insbesondere mit neuronalen Wissensgraph-Einbettungen und mit Text-Mining. Diese neuen Methoden liefern Ausgaben mit Erklärungen für Nutzer. Die Dissertation umfasst folgende Beiträge: Insbesondere leistet die Dissertation folgende Beiträge: • Zur Wissensgraph-Erweiterung präsentieren wir ExRuL, eine Methode zur Revision von Horn-Regeln durch Hinzufügen von Ausnahmebedingungen zum Rumpf der Regeln. Die erweiterten Regeln können neue Fakten inferieren und somit Lücken im Wissensgraphen schließen. Experimente mit großen Wissensgraphen zeigen, dass diese Methode Fehler in abgeleiteten Fakten erheblich reduziert und nutzerfreundliche Erklärungen liefert. • Mit RuLES stellen wir eine Methode zum Lernen von Regeln vor, die auf probabilistischen Repräsentationen für fehlende Fakten basiert. Das Verfahren erweitert iterativ die aus einem Wissensgraphen induzierten Regeln, indem es neuronale Wissensgraph-Einbettungen mit Informationen aus Textkorpora kombiniert. Bei der Regelgenerierung werden neue Metriken für die Regelqualität verwendet. Experimente zeigen, dass RuLES die Qualität der gelernten Regeln und ihrer Vorhersagen erheblich verbessert. • Zur Unterstützung der Wissensgraph-Validierung wird ExFaKT vorgestellt, ein Framework zur Konstruktion von Erklärungen für Faktkandidaten. Die Methode transformiert Kandidaten mit Hilfe von Regeln in eine Menge von Aussagen, die leichter zu finden und zu validieren oder widerlegen sind. Die Ausgabe von ExFaKT ist eine Menge semantischer Evidenzen für Faktkandidaten, die aus Textkorpora und dem Wissensgraph extrahiert werden. Experimente zeigen, dass die Transformationen die Ausbeute und Qualität der entdeckten Erklärungen deutlich verbessert. Die generierten unterstützen Erklärungen unterstütze sowohl die manuelle Wissensgraph- Validierung durch Kuratoren als auch die automatische Validierung. • Zur Unterstützung der Wissensgraph-Exploration wird ExCut vorgestellt, eine Methode zur Erzeugung von informativen Entitäts-Clustern mit Erklärungen unter Verwendung von Wissensgraph-Einbettungen und automatisch induzierten Regeln. Eine Cluster-Erklärung besteht aus einer Kombination von Relationen zwischen den Entitäten, die den Cluster identifizieren. ExCut verbessert gleichzeitig die Cluster- Qualität und die Cluster-Erklärbarkeit durch iteratives Verschränken des Lernens von Einbettungen und Regeln. Experimente zeigen, dass ExCut Cluster von hoher Qualität berechnet und dass die Cluster-Erklärungen für Nutzer informativ sind

Multiple-Aspect Analysis of Semantic Trajectories

This open access book constitutes the refereed post-conference proceedings of the First International Workshop on Multiple-Aspect Analysis of Semantic Trajectories, MASTER 2019, held in conjunction with the 19th European Conference on Machine Learning and Knowledge Discovery in Databases, ECML PKDD 2019, in Würzburg, Germany, in September 2019. The 8 full papers presented were carefully reviewed and selected from 12 submissions. They represent an interesting mix of techniques to solve recurrent as well as new problems in the semantic trajectory domain, such as data representation models, data management systems, machine learning approaches for anomaly detection, and common pathways identification

Symbolic Knowledge Injection meets Intelligent Agents: QoS metrics and experiments

Bridging intelligent symbolic agents and sub-symbolic predictors is a long-standing research goal in AI. Among the recent integration efforts, symbolic knowledge injection (SKI) proposes algorithms aimed at steering sub-symbolic predictors’ learning towards compliance w.r.t. pre-existing symbolic knowledge bases. However, state-of-the-art contributions about SKI mostly tackle injection from a foundational perspective, often focussing solely on improving the predictive performance of the sub-symbolic predictors undergoing injection. Technical contributions, in turn, are tailored on individual methods/experiments and therefore poorly interoperable with agent technologies as well as among each others. Intelligent agents may exploit SKI to serve many purposes other than predictive performance alone—provided that, of course, adequate technological support exists: for instance, SKI may allow agents to tune computational, energetic, or data requirements of sub-symbolic predictors. Given that different algorithms may exist to serve all those many purposes, some criteria for algorithm selection as well as a suitable technology should be available to let agents dynamically select and exploit the most suitable algorithm for the problem at hand. Along this line, in this work we design a set of quality-of-service (QoS) metrics for SKI, and a general-purpose software API to enable their application to various SKI algorithms—namely, platform for symbolic knowledge injection (PSyKI). We provide an abstract formulation of four QoS metrics for SKI, and describe the design of PSyKI according to a software engineering perspective. Then we discuss how our QoS metrics are supported by PSyKI. Finally, we demonstrate the effectiveness of both our QoS metrics and PSyKI via a number of experiments, where SKI is both applied and assessed via our proposed API. Our empirical analysis demonstrates both the soundness of our proposed metrics and the versatility of PSyKI as the first software tool supporting the application, interchange, and numerical assessment of SKI techniques. To the best of our knowledge, our proposals represent the first attempt to introduce QoS metrics for SKI, and the software tools enabling their practical exploitation for both human and computational agents. In particular, our contributions could be exploited to automate and/or compare the manifold SKI algorithms from the state of the art. Hence moving a concrete step forward the engineering of efficient, robust, and trustworthy software applications that integrate symbolic agents and sub-symbolic predictors

my Human Brain Project (mHBP)

How can we make an agent that thinks like us humans? An agent that can have proprioception, intrinsic motivation, identify deception, use small amounts of energy, transfer knowledge between tasks and evolve? This is the problem that this thesis is focusing on. Being able to create a piece of software that can perform tasks like a human being, is a goal that, if achieved, will allow us to extend our own capabilities to a very high level, and have more tasks performed in a predictable fashion. This is one of the motivations for this thesis. To address this problem, we have proposed a modular architecture for Reinforcement Learning computation and developed an implementation to have this architecture exercised. This software, that we call mHBP, is created in Python using Webots as an environment for the agent, and Neo4J, a graph database, as memory. mHBP takes the sensory data or other inputs, and produces, based on the body parts / tools that the agent has available, an output consisting of actions to perform. This thesis involves experimental design with several iterations, exploring a theoretical approach to RL based on graph databases. We conclude, with our work in this thesis, that it is possible to represent episodic data in a graph, and is also possible to interconnect Webots, Python and Neo4J to support a stable architecture for Reinforcement Learning. In this work we also find a way to search for policies using the Neo4J querying language: Cypher. Another key conclusion of this work is that state representation needs to have further research to find a state definition that enables policy search to produce more useful policies. The article “REINFORCEMENT LEARNING: A LITERATURE REVIEW (2020)” at Research Gate with doi 10.13140/RG.2.2.30323.76327 is an outcome of this thesis.Como podemos criar um agente que pense como nós humanos? Um agente que tenha propriocepção, motivação intrínseca, seja capaz de identificar ilusão, usar pequenas quantidades de energia, transferir conhecimento entre tarefas e evoluir? Este é o problema em que se foca esta tese. Ser capaz de criar uma peça de software que desempenhe tarefas como um ser humano é um objectivo que, se conseguido, nos permitirá estender as nossas capacidades a um nível muito alto, e conseguir realizar mais tarefas de uma forma previsível. Esta é uma das motivações desta tese. Para endereçar este problema, propomos uma arquitectura modular para computação de aprendizagem por reforço e desenvolvemos uma implementação para exercitar esta arquitetura. Este software, ao qual chamamos mHBP, foi criado em Python usando o Webots como um ambiente para o agente, e o Neo4J, uma base de dados de grafos, como memória. O mHBP recebe dados sensoriais ou outros inputs, e produz, baseado nas partes do corpo / ferramentas que o agente tem disponíveis, um output que consiste em ações a desempenhar. Uma boa parte desta tese envolve desenho experimental com diversas iterações, explorando uma abordagem teórica assente em bases de dados de grafos. Concluímos, com o trabalho nesta tese, que é possível representar episódios em um grafo, e que é, também, possível interligar o Webots, com o Python e o Neo4J para suportar uma arquitetura estável para a aprendizagem por reforço. Neste trabalho, também, encontramos uma forma de procurar políticas usando a linguagem de pesquisa do Neo4J: Cypher. Outra conclusão chave deste trabalho é que a representação de estados necessita de mais investigação para encontrar uma definição de estado que permita à pesquisa de políticas produzir políticas que sejam mais úteis. O artigo “REINFORCEMENT LEARNING: A LITERATURE REVIEW (2020)” no Research Gate com o doi 10.13140/RG.2.2.30323.76327 é um sub-produto desta tese

An interdisciplinary concept for human-centered explainable artificial intelligence - Investigating the impact of explainable AI on end-users

Since the 1950s, Artificial Intelligence (AI) applications have captivated people. However, this fascination has always been accompanied by disillusionment about the limitations of this technology. Today, machine learning methods such as Deep Neural Networks (DNN) are successfully used in various tasks. However, these methods also have limitations: Their complexity makes their decisions no longer comprehensible to humans - they are black-boxes. The research branch of Explainable AI (XAI) has addressed this problem by investigating how to make AI decisions comprehensible. This desire is not new. In the 1970s, developers of intrinsic explainable AI approaches, so-called white-boxes (e.g., rule-based systems), were dealing with AI explanations. Nowadays, with the increased use of AI systems in all areas of life, the design of comprehensible systems has become increasingly important. Developing such systems is part of Human-Centred AI (HCAI) research, which integrates human needs and abilities in the design of AI interfaces. For this, an understanding is needed of how humans perceive XAI and how AI explanations influence the interaction between humans and AI. One of the open questions concerns the investigation of XAI for end-users, i.e., people who have no expertise in AI but interact with such systems or are impacted by the system's decisions. This dissertation investigates the impact of different levels of interactive XAI of white- and black-box AI systems on end-users perceptions. Based on an interdisciplinary concept presented in this work, it is examined how the content, type, and interface of explanations of DNN (black box) and rule-based systems (white box) are perceived by end-users. How XAI influences end-users mental models, trust, self-efficacy, cognitive workload, and emotional state regarding the AI system is the centre of the investigation. At the beginning of the dissertation, general concepts regarding AI, explanations, and psychological constructs of mental models, trust, self-efficacy, cognitive load, and emotions are introduced. Subsequently, related work regarding the design and investigation of XAI for users is presented. This serves as a basis for the concept of a Human-Centered Explainable AI (HC-XAI) presented in this dissertation, which combines an XAI design approach with user evaluations. The author pursues an interdisciplinary approach that integrates knowledge from the research areas of (X)AI, Human-Computer Interaction, and Psychology. Based on this interdisciplinary concept, a five-step approach is derived and applied to illustrative surveys and experiments in the empirical part of this dissertation. To illustrate the first two steps, a persona approach for HC-XAI is presented, and based on that, a template for designing personas is provided. To illustrate the usage of the template, three surveys are presented that ask end-users about their attitudes and expectations towards AI and XAI. The personas generated from the survey data indicate that end-users often lack knowledge of XAI and that their perception of it depends on demographic and personality-related characteristics. Steps three to five deal with the design of XAI for concrete applications. For this, different levels of interactive XAI are presented and investigated in experiments with end-users. For this purpose, two rule-based systems (i.e., white-box) and four systems based on DNN (i.e., black-box) are used. These are applied for three purposes: Cooperation & collaboration, education, and medical decision support. Six user studies were conducted for this purpose, which differed in the interactivity of the XAI system used. The results show that end-users trust and mental models of AI depend strongly on the context of use and the design of the explanation itself. For example, explanations that a virtual agent mediates are shown to promote trust. The content and type of explanations are also perceived differently by users. The studies also show that end-users in different application contexts of XAI feel the desire for interactive explanations. The dissertation concludes with a summary of the scientific contribution, points out limitations of the presented work, and gives an outlook on possible future research topics to integrate explanations into everyday AI systems and thus enable the comprehensible handling of AI for all people.Seit den 1950er Jahren haben Anwendungen der Künstlichen Intelligenz (KI) die Menschen in ihren Bann gezogen. Diese Faszination wurde jedoch stets von Ernüchterung über die Grenzen dieser Technologie begleitet. Heute werden Methoden des maschinellen Lernens wie Deep Neural Networks (DNN) erfolgreich für verschiedene Aufgaben eingesetzt. Doch auch diese Methoden haben ihre Grenzen: Durch ihre Komplexität sind ihre Entscheidungen für den Menschen nicht mehr nachvollziehbar - sie sind Black-Boxes. Der Forschungszweig der Erklärbaren KI (engl. XAI) hat sich diesem Problem angenommen und untersucht, wie man KI-Entscheidungen nachvollziehbar machen kann. Dieser Wunsch ist nicht neu. In den 1970er Jahren beschäftigten sich die Entwickler von intrinsisch erklärbaren KI-Ansätzen, so genannten White-Boxes (z. B. regelbasierte Systeme), mit KI-Erklärungen. Heutzutage, mit dem zunehmenden Einsatz von KI-Systemen in allen Lebensbereichen, wird die Gestaltung nachvollziehbarer Systeme immer wichtiger. Die Entwicklung solcher Systeme ist Teil der Menschzentrierten KI (engl. HCAI) Forschung, die menschliche Bedürfnisse und Fähigkeiten in die Gestaltung von KI-Schnittstellen integriert. Dafür ist ein Verständnis darüber erforderlich, wie Menschen XAI wahrnehmen und wie KI-Erklärungen die Interaktion zwischen Mensch und KI beeinflussen. Eine der offenen Fragen betrifft die Untersuchung von XAI für Endnutzer, d.h. Menschen, die keine Expertise in KI haben, aber mit solchen Systemen interagieren oder von deren Entscheidungen betroffen sind. In dieser Dissertation wird untersucht, wie sich verschiedene Stufen interaktiver XAI von White- und Black-Box-KI-Systemen auf die Wahrnehmung der Endnutzer auswirken. Basierend auf einem interdisziplinären Konzept, das in dieser Arbeit vorgestellt wird, wird untersucht, wie der Inhalt, die Art und die Schnittstelle von Erklärungen von DNN (Black-Box) und regelbasierten Systemen (White-Box) von Endnutzern wahrgenommen werden. Wie XAI die mentalen Modelle, das Vertrauen, die Selbstwirksamkeit, die kognitive Belastung und den emotionalen Zustand der Endnutzer in Bezug auf das KI-System beeinflusst, steht im Mittelpunkt der Untersuchung. Zu Beginn der Arbeit werden allgemeine Konzepte zu KI, Erklärungen und psychologische Konstrukte von mentalen Modellen, Vertrauen, Selbstwirksamkeit, kognitiver Belastung und Emotionen vorgestellt. Anschließend werden verwandte Arbeiten bezüglich dem Design und der Untersuchung von XAI für Nutzer präsentiert. Diese dienen als Grundlage für das in dieser Dissertation vorgestellte Konzept einer Menschzentrierten Erklärbaren KI (engl. HC-XAI), das einen XAI-Designansatz mit Nutzerevaluationen kombiniert. Die Autorin verfolgt einen interdisziplinären Ansatz, der Wissen aus den Forschungsbereichen (X)AI, Mensch-Computer-Interaktion und Psychologie integriert. Auf der Grundlage dieses interdisziplinären Konzepts wird ein fünfstufiger Ansatz abgeleitet und im empirischen Teil dieser Arbeit auf exemplarische Umfragen und Experimente und angewendet. Zur Veranschaulichung der ersten beiden Schritte wird ein Persona-Ansatz für HC-XAI vorgestellt und darauf aufbauend eine Vorlage für den Entwurf von Personas bereitgestellt. Um die Verwendung der Vorlage zu veranschaulichen, werden drei Umfragen präsentiert, in denen Endnutzer zu ihren Einstellungen und Erwartungen gegenüber KI und XAI befragt werden. Die aus den Umfragedaten generierten Personas zeigen, dass es den Endnutzern oft an Wissen über XAI mangelt und dass ihre Wahrnehmung dessen von demografischen und persönlichkeitsbezogenen Merkmalen abhängt. Die Schritte drei bis fünf befassen sich mit der Gestaltung von XAI für konkrete Anwendungen. Hierzu werden verschiedene Stufen interaktiver XAI vorgestellt und in Experimenten mit Endanwendern untersucht. Zu diesem Zweck werden zwei regelbasierte Systeme (White-Box) und vier auf DNN basierende Systeme (Black-Box) verwendet. Diese werden für drei Zwecke eingesetzt: Kooperation & Kollaboration, Bildung und medizinische Entscheidungsunterstützung. Hierzu wurden sechs Nutzerstudien durchgeführt, die sich in der Interaktivität des verwendeten XAI-Systems unterschieden. Die Ergebnisse zeigen, dass das Vertrauen und die mentalen Modelle der Endnutzer in KI stark vom Nutzungskontext und der Gestaltung der Erklärung selbst abhängen. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass Erklärungen, die von einem virtuellen Agenten vermittelt werden, das Vertrauen fördern. Auch der Inhalt und die Art der Erklärungen werden von den Nutzern unterschiedlich wahrgenommen. Die Studien zeigen zudem, dass Endnutzer in unterschiedlichen Anwendungskontexten von XAI den Wunsch nach interaktiven Erklärungen verspüren. Die Dissertation schließt mit einer Zusammenfassung des wissenschaftlichen Beitrags, weist auf Grenzen der vorgestellten Arbeit hin und gibt einen Ausblick auf mögliche zukünftige Forschungsthemen, um Erklärungen in alltägliche KI-Systeme zu integrieren und damit den verständlichen Umgang mit KI für alle Menschen zu ermöglichen

Enhancing explainability and scrutability of recommender systems

Our increasing reliance on complex algorithms for recommendations calls for models and methods for explainable, scrutable, and trustworthy AI. While explainability is required for understanding the relationships between model inputs and outputs, a scrutable system allows us to modify its behavior as desired. These properties help bridge the gap between our expectations and the algorithm’s behavior and accordingly boost our trust in AI. Aiming to cope with information overload, recommender systems play a crucial role in filtering content (such as products, news, songs, and movies) and shaping a personalized experience for their users. Consequently, there has been a growing demand from the information consumers to receive proper explanations for their personalized recommendations. These explanations aim at helping users understand why certain items are recommended to them and how their previous inputs to the system relate to the generation of such recommendations. Besides, in the event of receiving undesirable content, explanations could possibly contain valuable information as to how the system’s behavior can be modified accordingly. In this thesis, we present our contributions towards explainability and scrutability of recommender systems: • We introduce a user-centric framework, FAIRY, for discovering and ranking post-hoc explanations for the social feeds generated by black-box platforms. These explanations reveal relationships between users’ profiles and their feed items and are extracted from the local interaction graphs of users. FAIRY employs a learning-to-rank (LTR) method to score candidate explanations based on their relevance and surprisal. • We propose a method, PRINCE, to facilitate provider-side explainability in graph-based recommender systems that use personalized PageRank at their core. PRINCE explanations are comprehensible for users, because they present subsets of the user’s prior actions responsible for the received recommendations. PRINCE operates in a counterfactual setup and builds on a polynomial-time algorithm for finding the smallest counterfactual explanations. • We propose a human-in-the-loop framework, ELIXIR, for enhancing scrutability and subsequently the recommendation models by leveraging user feedback on explanations. ELIXIR enables recommender systems to collect user feedback on pairs of recommendations and explanations. The feedback is incorporated into the model by imposing a soft constraint for learning user-specific item representations. We evaluate all proposed models and methods with real user studies and demonstrate their benefits at achieving explainability and scrutability in recommender systems.Unsere zunehmende Abhängigkeit von komplexen Algorithmen für maschinelle Empfehlungen erfordert Modelle und Methoden für erklärbare, nachvollziehbare und vertrauenswürdige KI. Zum Verstehen der Beziehungen zwischen Modellein- und ausgaben muss KI erklärbar sein. Möchten wir das Verhalten des Systems hingegen nach unseren Vorstellungen ändern, muss dessen Entscheidungsprozess nachvollziehbar sein. Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit von KI helfen uns dabei, die Lücke zwischen dem von uns erwarteten und dem tatsächlichen Verhalten der Algorithmen zu schließen und unser Vertrauen in KI-Systeme entsprechend zu stärken. Um ein Übermaß an Informationen zu verhindern, spielen Empfehlungsdienste eine entscheidende Rolle um Inhalte (z.B. Produkten, Nachrichten, Musik und Filmen) zu filtern und deren Benutzern eine personalisierte Erfahrung zu bieten. Infolgedessen erheben immer mehr In- formationskonsumenten Anspruch auf angemessene Erklärungen für deren personalisierte Empfehlungen. Diese Erklärungen sollen den Benutzern helfen zu verstehen, warum ihnen bestimmte Dinge empfohlen wurden und wie sich ihre früheren Eingaben in das System auf die Generierung solcher Empfehlungen auswirken. Außerdem können Erklärungen für den Fall, dass unerwünschte Inhalte empfohlen werden, wertvolle Informationen darüber enthalten, wie das Verhalten des Systems entsprechend geändert werden kann. In dieser Dissertation stellen wir unsere Beiträge zu Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit von Empfehlungsdiensten vor. • Mit FAIRY stellen wir ein benutzerzentriertes Framework vor, mit dem post-hoc Erklärungen für die von Black-Box-Plattformen generierten sozialen Feeds entdeckt und bewertet werden können. Diese Erklärungen zeigen Beziehungen zwischen Benutzerprofilen und deren Feeds auf und werden aus den lokalen Interaktionsgraphen der Benutzer extrahiert. FAIRY verwendet eine LTR-Methode (Learning-to-Rank), um die Erklärungen anhand ihrer Relevanz und ihres Grads unerwarteter Empfehlungen zu bewerten. • Mit der PRINCE-Methode erleichtern wir das anbieterseitige Generieren von Erklärungen für PageRank-basierte Empfehlungsdienste. PRINCE-Erklärungen sind für Benutzer verständlich, da sie Teilmengen früherer Nutzerinteraktionen darstellen, die für die erhaltenen Empfehlungen verantwortlich sind. PRINCE-Erklärungen sind somit kausaler Natur und werden von einem Algorithmus mit polynomieller Laufzeit erzeugt , um präzise Erklärungen zu finden. • Wir präsentieren ein Human-in-the-Loop-Framework, ELIXIR, um die Nachvollziehbarkeit der Empfehlungsmodelle und die Qualität der Empfehlungen zu verbessern. Mit ELIXIR können Empfehlungsdienste Benutzerfeedback zu Empfehlungen und Erklärungen sammeln. Das Feedback wird in das Modell einbezogen, indem benutzerspezifischer Einbettungen von Objekten gelernt werden. Wir evaluieren alle Modelle und Methoden in Benutzerstudien und demonstrieren ihren Nutzen hinsichtlich Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit von Empfehlungsdiensten