Kategorie-Theorie erklärt Wort-Embeddings: Transparentes semantisches Raumkonzept

Ein neues Forschungsprojekt aus dem arXiv-Archiv präsentiert einen innovativen Rahmen, der die Erklärbarkeit von KI-Systemen – insbesondere von Wort-Embeddings – durch die Anwendung der Kategorientheorie deutlich verbessert. Der Ansatz definiert die Kategorien ℒ_T und ℙ_T, die die Semantik eines Textes T schematisch abbilden und die Auswahl des höchstwahrscheinlichen Elements als kategoriale Operation neu interpretieren.

Die monoidale Kategorie ℙ_T ermöglicht die Visualisierung verschiedener Verfahren zur Extraktion semantischer Informationen aus T und liefert eine dimensionsunabhängige Definition von semantischen Räumen, die ausschließlich auf den im Text vorhandenen Daten basiert. Zusätzlich werden die Kategorien Conf (Konfigurationen) und Emb (Embeddings) eingeführt, wobei die Divergenz als Dekoration auf Emb fungiert.

Ein wesentlicher Beitrag des Papers ist die mathematisch präzise Methode zum Vergleich von Wort-Embeddings. Sie demonstriert die Gleichwertigkeit der Algorithmen GloVe, Word2Vec und des MDS-Metrik-Ansatzes und führt damit die bislang „Black-Box“-Netzwerke in ein transparentes, erklärbares Framework über.

Schließlich bietet die Arbeit einen mathematischen Ansatz zur Berechnung von Biases vor dem Einbetten und liefert praxisnahe Strategien zur Bias-Minderung auf semantischer Ebene. Damit setzt das Papier einen bedeutenden Impuls für die Entwicklung erklärbarer KI und eröffnet neue Perspektiven für die Analyse und Optimierung von Wort-Embeddings.