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 2 .   E t h i c a l   C o n s i d e r a t i o n s :   W e   s h o u l d   i n t e g r a t e   a   w a y   t o   a n a l y z e   a n d   e n s u r e   t h a t   o u r   m o d e l   d o e s   n o t   l e a r n   h a r m f u l   b i a s e s . 
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 f r o m   s k l e a r n . m e t r i c s   i m p o r t   p r e c i s i o n _ s c o r e ,   r e c a l l _ s c o r e 
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 c l a s s   D a t a P r e p r o c e s s o r : 
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         d e f   b u i l d _ m o d e l ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
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 
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 
                                             m e t r i c s = [ ' a c c u r a c y ' ] ) 
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 
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                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r   =   D a t a P r e p r o c e s s o r ( x _ t r a i n ,   y _ t r a i n ) 
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                 t r a i n _ g e n e r a t o r   =   d a t a _ p r e p r o c e s s o r . a u g m e n t _ d a t a ( ) 
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 
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 
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                 p r e d i c t e d _ c l a s s e s   =   n p . a r g m a x ( p r e d i c t i o n s ,   a x i s = 1 ) 
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 
 2 .   * * D a t a   N o r m a l i z a t i o n * * :   S e p a r a t e d   n o r m a l i z a t i o n   f r o m   t h e   t r a i n i n g   p r o c e s s   e n h a n c e s   c l a r i t y   a n d   a l l o w s   f o r   r e u s a b i l i t y . 
 
 3 .   * * I n t e g r a t i o n   o f   S e n s i t i v e   A t t r i b u t e s * * :   T h i s   e s t a b l i s h e s   a   c l e a r   p a t h w a y   f o r   f a i r n e s s   a s s e s s m e n t s   b a s e d   o n   s p e c i f i c   d e m o g r a p h i c   g r o u p s .   I t ' s   e s s e n t i a l   t h a t   w e   o b t a i n   a n d   c o r r e c t l y   l a b e l   d a t a   w i t h   s e n s i t i v e   a t t r i b u t e s   t o   u t i l i z e   t h i s   f u n c t i o n a l i t y   e f f e c t i v e l y . 
 
 4 .   * * D o c u m e n t a t i o n * * :   M o v i n g   f o r w a r d ,   w e   s h o u l d   c o n t i n u o u s l y   a d d   d o c s t r i n g s   t o   e a c h   f u n c t i o n   d e t a i l i n g   t h e i r   p u r p o s e ,   i n p u t   p a r a m e t e r s ,   a n d   o u t p u t s   t o   m a i n t a i n   t r a n s p a r e n c y   a n d   f a c i l i t a t e   f u t u r e   m a i n t e n a n c e . 
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 f r o m   s k l e a r n . m e t r i c s   i m p o r t   p r e c i s i o n _ s c o r e ,   r e c a l l _ s c o r e 
 
 i m p o r t   m a t p l o t l i b . p y p l o t   a s   p l t 
 
 i m p o r t   s e a b o r n   a s   s n s 
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 i m p o r t   p a n d a s   a s   p d 
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 f r o m   s c i p y . s t a t s   i m p o r t   c h i 2 _ c o n t i n g e n c y 
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 
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 
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 
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 
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 
                         s h e a r _ r a n g e = 0 . 2 , 
 
                         z o o m _ r a n g e = 0 . 2 , 
 
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 
                         f i l l _ m o d e = ' n e a r e s t ' 
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         d e f   n o r m a l i z e _ d a t a ( s e l f ) : 
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         d e f   v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( s e l f ) : 
 
                 p l t . f i g u r e ( f i g s i z e = ( 1 0 ,   6 ) ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " C l a s s   D i s t r i b u t i o n   i n   D a t a s e t " ) 
 
                 s n s . c o u n t p l o t ( x = s e l f . l a b e l s ) 
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                 p l t . x l a b e l ( " C l a s s e s " ) 
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                 p l t . s h o w ( ) 
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 
         d e f   _ _ i n i t _ _ ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 s e l f . m o d e l   =   s e l f . b u i l d _ m o d e l ( i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) 
 
 
 
         d e f   b u i l d _ m o d e l ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 m o d e l   =   m o d e l s . S e q u e n t i a l ( ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 3 2 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ,   i n p u t _ s h a p e = i n p u t _ s h a p e ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
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 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . F l a t t e n ( ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( 6 4 ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( n u m _ c l a s s e s ,   a c t i v a t i o n = ' s o f t m a x ' ) ) 
 
 
 
                 m o d e l . c o m p i l e ( o p t i m i z e r = ' a d a m ' , 
 
                                             l o s s = ' s p a r s e _ c a t e g o r i c a l _ c r o s s e n t r o p y ' , 
 
                                             m e t r i c s = [ ' a c c u r a c y ' ] ) 
 
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 
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 
                 x _ t r a i n ,   x _ v a l ,   y _ t r a i n ,   y _ v a l   =   t r a i n _ t e s t _ s p l i t ( i m a g e s ,   l a b e l s ,   t e s t _ s i z e = 0 . 2 ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r   =   D a t a P r e p r o c e s s o r ( x _ t r a i n ,   y _ t r a i n ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r . v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( )     #   V i s u a l i z i n g   d i s t r i b u t i o n s 
 
                 
 
                 t r a i n _ g e n e r a t o r   =   d a t a _ p r e p r o c e s s o r . a u g m e n t _ d a t a ( ) 
 
                 
 
                 s e l f . m o d e l . f i t ( t r a i n _ g e n e r a t o r ,   s t e p s _ p e r _ e p o c h = l e n ( x _ t r a i n )   / /   3 2 ,   e p o c h s = e p o c h s , 
 
                                               v a l i d a t i o n _ d a t a = ( d a t a _ p r e p r o c e s s o r . n o r m a l i z e _ d a t a ( ) ,   y _ v a l ) ) 
 
 
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         d e f   p r e d i c t ( s e l f ,   i m a g e ) : 
 
                 i m a g e   =   n p . e x p a n d _ d i m s ( i m a g e ,   a x i s = 0 )   /   2 5 5 . 0     #   N o r m a l i z i n g 
 
                 r e t u r n   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( i m a g e ) 
 
 
 
         d e f   e v a l u a t e _ f a i r n e s s ( s e l f ,   t e s t _ i m a g e s ,   t e s t _ l a b e l s ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 p r e d i c t i o n s   =   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( t e s t _ i m a g e s   /   2 5 5 . 0 ) 
 
                 p r e d i c t e d _ c l a s s e s   =   n p . a r g m a x ( p r e d i c t i o n s ,   a x i s = 1 ) 
 
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 
                 f o r   a t t r i b u t e   i n   n p . u n i q u e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) :     #   A n a l y z e   f o r   u n i q u e   s e n s i t i v e   a t t r i b u t e s 
 
                         i d x   =   n p . w h e r e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s   = =   a t t r i b u t e ) 
 
                         f a i r n e s s _ s c o r e s [ a t t r i b u t e ]   =   { 
 
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 
                                 ' r e c a l l ' :   r e c a l l _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) 
 
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 
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 
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 
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 
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 
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                 #   V i s u a l i z a t i o n 
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 
                 s n s . b a r p l o t ( x = d a t a _ d i s t r i b u t i o n . i n d e x ,   y = d a t a _ d i s t r i b u t i o n . v a l u e s ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " D i s t r i b u t i o n   o f   S e n s i t i v e   A t t r i b u t e s " ) 
 
                 p l t . x l a b e l ( " A t t r i b u t e s " ) 
 
                 p l t . y l a b e l ( " C o u n t s " ) 
 
                 p l t . s h o w ( ) 
 
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                 r e t u r n   d a t a g e n . f l o w ( s e l f . i m a g e s ,   s e l f . l a b e l s ,   b a t c h _ s i z e = 3 2 ) 
 
 
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         d e f   n o r m a l i z e _ d a t a ( s e l f ) : 
 
                 r e t u r n   n p . a r r a y ( s e l f . i m a g e s )   /   2 5 5 . 0     #   N o r m a l i z i n g   t h e   i m a g e s 
 
 
 
         d e f   v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( s e l f ) : 
 
                 p l t . f i g u r e ( f i g s i z e = ( 1 0 ,   6 ) ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " C l a s s   D i s t r i b u t i o n   i n   D a t a s e t " ) 
 
                 s n s . c o u n t p l o t ( x = s e l f . l a b e l s ) 
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                 p l t . x l a b e l ( " C l a s s e s " ) 
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 c l a s s   I m a g e C l a s s i f i e r : 
 
         d e f   _ _ i n i t _ _ ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 s e l f . m o d e l   =   s e l f . b u i l d _ m o d e l ( i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) 
 
 
 
         d e f   b u i l d _ m o d e l ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 m o d e l   =   m o d e l s . S e q u e n t i a l ( ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 3 2 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ,   i n p u t _ s h a p e = i n p u t _ s h a p e ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . F l a t t e n ( ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( 6 4 ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
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 
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 
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 
                                             m e t r i c s = [ ' a c c u r a c y ' ] ) 
 
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 
                 x _ t r a i n ,   x _ v a l ,   y _ t r a i n ,   y _ v a l   =   t r a i n _ t e s t _ s p l i t ( i m a g e s ,   l a b e l s ,   t e s t _ s i z e = 0 . 2 ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r   =   D a t a P r e p r o c e s s o r ( x _ t r a i n ,   y _ t r a i n ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r . v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( )     #   V i s u a l i z i n g   d i s t r i b u t i o n s 
 
                 
 
                 t r a i n _ g e n e r a t o r   =   d a t a _ p r e p r o c e s s o r . a u g m e n t _ d a t a ( ) 
 
                 
 
                 s e l f . m o d e l . f i t ( t r a i n _ g e n e r a t o r ,   s t e p s _ p e r _ e p o c h = l e n ( x _ t r a i n )   / /   3 2 ,   e p o c h s = e p o c h s , 
 
                                               v a l i d a t i o n _ d a t a = ( d a t a _ p r e p r o c e s s o r . n o r m a l i z e _ d a t a ( ) ,   y _ v a l ) ) 
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 
         d e f   p r e d i c t ( s e l f ,   i m a g e ) : 
 
                 i m a g e   =   n p . e x p a n d _ d i m s ( i m a g e ,   a x i s = 0 )   /   2 5 5 . 0     #   N o r m a l i z i n g 
 
                 r e t u r n   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( i m a g e ) 
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 
 
         d e f   e v a l u a t e _ f a i r n e s s ( s e l f ,   t e s t _ i m a g e s ,   t e s t _ l a b e l s ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 p r e d i c t i o n s   =   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( t e s t _ i m a g e s   /   2 5 5 . 0 ) 
 
                 p r e d i c t e d _ c l a s s e s   =   n p . a r g m a x ( p r e d i c t i o n s ,   a x i s = 1 ) 
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 
                 f o r   a t t r i b u t e   i n   n p . u n i q u e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) :     #   A n a l y z e   f o r   u n i q u e   s e n s i t i v e   a t t r i b u t e s 
 
                         i d x   =   n p . w h e r e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s   = =   a t t r i b u t e ) 
 
                         f a i r n e s s _ s c o r e s [ a t t r i b u t e ]   =   { 
 
                                 ' p r e c i s i o n ' :   p r e c i s i o n _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) , 
 
                                 ' r e c a l l ' :   r e c a l l _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) 
 
                         } 
 
                 r e t u r n   f a i r n e s s _ s c o r e s 
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 
 
         d e f   d e t e c t _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 d a t a _ d i s t r i b u t i o n   =   p d . S e r i e s ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) . v a l u e _ c o u n t s ( ) 
 
                 p r i n t ( " S e n s i t i v e   A t t r i b u t e   D i s t r i b u t i o n : " ) 
 
                 p r i n t ( d a t a _ d i s t r i b u t i o n ) 
 
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 
                 #   V i s u a l i z a t i o n 
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 
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 
                 p l t . x l a b e l ( " A t t r i b u t e s " ) 
 
                 p l t . y l a b e l ( " C o u n t s " ) 
 
                 p l t . s h o w ( ) 
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 
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                 r e t u r n   d a t a _ d i s t r i b u t i o n 
 
 
 
         d e f   c h e c k _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) : 
 
                 c o n t i n g e n c y _ t a b l e   =   p d . c r o s s t a b ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) 
 
                 c h i 2 ,   p ,   d o f ,   e x p e c t e d   =   c h i 2 _ c o n t i n g e n c y ( c o n t i n g e n c y _ t a b l e ) 
 
                 p r i n t ( " C h i - s q u a r e d   t e s t   r e s u l t : " ) 
 
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 
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                         f i l l _ m o d e = ' n e a r e s t ' 
 
                 ) 
 
                 r e t u r n   d a t a g e n . f l o w ( s e l f . i m a g e s ,   s e l f . l a b e l s ,   b a t c h _ s i z e = 3 2 ) 
 
 
 
         d e f   n o r m a l i z e _ d a t a ( s e l f ) : 
 
                 r e t u r n   n p . a r r a y ( s e l f . i m a g e s )   /   2 5 5 . 0 
 
 
 
         d e f   v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( s e l f ) : 
 
                 p l t . f i g u r e ( f i g s i z e = ( 1 0 ,   6 ) ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " C l a s s   D i s t r i b u t i o n   i n   D a t a s e t " ) 
 
                 s n s . c o u n t p l o t ( x = s e l f . l a b e l s ) 
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 c l a s s   I m a g e C l a s s i f i e r : 
 
         d e f   _ _ i n i t _ _ ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 s e l f . m o d e l   =   s e l f . b u i l d _ m o d e l ( i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) 
 
 
 
         d e f   b u i l d _ m o d e l ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 m o d e l   =   m o d e l s . S e q u e n t i a l ( ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 3 2 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ,   i n p u t _ s h a p e = i n p u t _ s h a p e ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . F l a t t e n ( ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( 6 4 ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
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                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( n u m _ c l a s s e s ,   a c t i v a t i o n = ' s o f t m a x ' ) ) 
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 
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 
                                             l o s s = ' s p a r s e _ c a t e g o r i c a l _ c r o s s e n t r o p y ' , 
 
                                             m e t r i c s = [ ' a c c u r a c y ' ] ) 
 
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 
                 x _ t r a i n ,   x _ v a l ,   y _ t r a i n ,   y _ v a l   =   t r a i n _ t e s t _ s p l i t ( i m a g e s ,   l a b e l s ,   t e s t _ s i z e = 0 . 2 ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r   =   D a t a P r e p r o c e s s o r ( x _ t r a i n ,   y _ t r a i n ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r . v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( )   
 
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 
                 t r a i n _ g e n e r a t o r   =   d a t a _ p r e p r o c e s s o r . a u g m e n t _ d a t a ( ) 
 
                 
 
                 s e l f . m o d e l . f i t ( t r a i n _ g e n e r a t o r ,   s t e p s _ p e r _ e p o c h = l e n ( x _ t r a i n )   / /   3 2 ,   e p o c h s = e p o c h s , 
 
                                               v a l i d a t i o n _ d a t a = ( d a t a _ p r e p r o c e s s o r . n o r m a l i z e _ d a t a ( ) ,   y _ v a l ) ) 
 
 
 
         d e f   p r e d i c t ( s e l f ,   i m a g e ) : 
 
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 
                 r e t u r n   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( i m a g e ) 
 
 
 
         d e f   e v a l u a t e _ f a i r n e s s ( s e l f ,   t e s t _ i m a g e s ,   t e s t _ l a b e l s ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 p r e d i c t i o n s   =   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( t e s t _ i m a g e s   /   2 5 5 . 0 ) 
 
                 p r e d i c t e d _ c l a s s e s   =   n p . a r g m a x ( p r e d i c t i o n s ,   a x i s = 1 ) 
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 
                 f o r   a t t r i b u t e   i n   n p . u n i q u e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                         i d x   =   n p . w h e r e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s   = =   a t t r i b u t e ) 
 
                         f a i r n e s s _ s c o r e s [ a t t r i b u t e ]   =   { 
 
                                 ' p r e c i s i o n ' :   p r e c i s i o n _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) , 
 
                                 ' r e c a l l ' :   r e c a l l _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) 
 
                         } 
 
                 r e t u r n   f a i r n e s s _ s c o r e s 
 
 
 
         d e f   d e t e c t _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 d a t a _ d i s t r i b u t i o n   =   p d . S e r i e s ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) . v a l u e _ c o u n t s ( ) 
 
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 
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 
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 
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 
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 
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 
         d e f   c h e c k _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) : 
 
                 c o n t i n g e n c y _ t a b l e   =   p d . c r o s s t a b ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) 
 
                 c h i 2 ,   p ,   d o f ,   e x p e c t e d   =   c h i 2 _ c o n t i n g e n c y ( c o n t i n g e n c y _ t a b l e ) 
 
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 
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                         f i l l _ m o d e = ' n e a r e s t ' 
 
                 ) 
 
                 r e t u r n   d a t a g e n . f l o w ( s e l f . i m a g e s ,   s e l f . l a b e l s ,   b a t c h _ s i z e = 3 2 ) 
 
 
 
         d e f   n o r m a l i z e _ d a t a ( s e l f ) : 
 
                 r e t u r n   n p . a r r a y ( s e l f . i m a g e s )   /   2 5 5 . 0 
 
 
 
         d e f   v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( s e l f ) : 
 
                 p l t . f i g u r e ( f i g s i z e = ( 1 0 ,   6 ) ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " C l a s s   D i s t r i b u t i o n   i n   D a t a s e t " ) 
 
                 s n s . c o u n t p l o t ( x = s e l f . l a b e l s ) 
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 c l a s s   I m a g e C l a s s i f i e r : 
 
         d e f   _ _ i n i t _ _ ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 s e l f . m o d e l   =   s e l f . b u i l d _ m o d e l ( i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) 
 
 
 
         d e f   b u i l d _ m o d e l ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 m o d e l   =   m o d e l s . S e q u e n t i a l ( ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 3 2 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ,   i n p u t _ s h a p e = i n p u t _ s h a p e ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . F l a t t e n ( ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( 6 4 ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
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                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( n u m _ c l a s s e s ,   a c t i v a t i o n = ' s o f t m a x ' ) ) 
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 
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 
                                             l o s s = ' s p a r s e _ c a t e g o r i c a l _ c r o s s e n t r o p y ' , 
 
                                             m e t r i c s = [ ' a c c u r a c y ' ] ) 
 
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 
                 x _ t r a i n ,   x _ v a l ,   y _ t r a i n ,   y _ v a l   =   t r a i n _ t e s t _ s p l i t ( i m a g e s ,   l a b e l s ,   t e s t _ s i z e = 0 . 2 ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r   =   D a t a P r e p r o c e s s o r ( x _ t r a i n ,   y _ t r a i n ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r . v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( )   
 
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 
                 t r a i n _ g e n e r a t o r   =   d a t a _ p r e p r o c e s s o r . a u g m e n t _ d a t a ( ) 
 
                 
 
                 s e l f . m o d e l . f i t ( t r a i n _ g e n e r a t o r ,   s t e p s _ p e r _ e p o c h = l e n ( x _ t r a i n )   / /   3 2 ,   e p o c h s = e p o c h s , 
 
                                               v a l i d a t i o n _ d a t a = ( d a t a _ p r e p r o c e s s o r . n o r m a l i z e _ d a t a ( ) ,   y _ v a l ) ) 
 
 
 
         d e f   p r e d i c t ( s e l f ,   i m a g e ) : 
 
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 
                 r e t u r n   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( i m a g e ) 
 
 
 
         d e f   e v a l u a t e _ f a i r n e s s ( s e l f ,   t e s t _ i m a g e s ,   t e s t _ l a b e l s ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 p r e d i c t i o n s   =   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( t e s t _ i m a g e s   /   2 5 5 . 0 ) 
 
                 p r e d i c t e d _ c l a s s e s   =   n p . a r g m a x ( p r e d i c t i o n s ,   a x i s = 1 ) 
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 
                 f o r   a t t r i b u t e   i n   n p . u n i q u e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                         i d x   =   n p . w h e r e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s   = =   a t t r i b u t e ) 
 
                         f a i r n e s s _ s c o r e s [ a t t r i b u t e ]   =   { 
 
                                 ' p r e c i s i o n ' :   p r e c i s i o n _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) , 
 
                                 ' r e c a l l ' :   r e c a l l _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) 
 
                         } 
 
                 r e t u r n   f a i r n e s s _ s c o r e s 
 
 
 
         d e f   d e t e c t _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 d a t a _ d i s t r i b u t i o n   =   p d . S e r i e s ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) . v a l u e _ c o u n t s ( ) 
 
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 
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 
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 
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 
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 
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 
         d e f   c h e c k _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) : 
 
                 c o n t i n g e n c y _ t a b l e   =   p d . c r o s s t a b ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) 
 
                 c h i 2 ,   p ,   d o f ,   e x p e c t e d   =   c h i 2 _ c o n t i n g e n c y ( c o n t i n g e n c y _ t a b l e ) 
 
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 
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 i m p o r t   m a t p l o t l i b . p y p l o t   a s   p l t 
 
 i m p o r t   s e a b o r n   a s   s n s 
 
 i m p o r t   p a n d a s   a s   p d 
 
 f r o m   s c i p y . s t a t s   i m p o r t   c h i 2 _ c o n t i n g e n c y 
 
 
 
 c l a s s   D a t a P r e p r o c e s s o r : 
 
         d e f   _ _ i n i t _ _ ( s e l f ,   i m a g e s ,   l a b e l s ) : 
 
                 s e l f . i m a g e s   =   i m a g e s 
 
                 s e l f . l a b e l s   =   l a b e l s 
 
 
 
         d e f   a u g m e n t _ d a t a ( s e l f ) : 
 
                 d a t a g e n   =   I m a g e D a t a G e n e r a t o r ( 
 
                         r o t a t i o n _ r a n g e = 2 0 , 
 
                         w i d t h _ s h i f t _ r a n g e = 0 . 2 , 
 
                         h e i g h t _ s h i f t _ r a n g e = 0 . 2 , 
 
                         s h e a r _ r a n g e = 0 . 2 , 
 
                         z o o m _ r a n g e = 0 . 2 , 
 
                         h o r i z o n t a l _ f l i p = T r u e , 
 
                         f i l l _ m o d e = ' n e a r e s t ' 
 
                 ) 
 
                 r e t u r n   d a t a g e n . f l o w ( s e l f . i m a g e s ,   s e l f . l a b e l s ,   b a t c h _ s i z e = 3 2 ) 
 
 
 
         d e f   n o r m a l i z e _ d a t a ( s e l f ) : 
 
                 r e t u r n   n p . a r r a y ( s e l f . i m a g e s )   /   2 5 5 . 0     #   N o r m a l i z e   i m a g e s   t o   [ 0 ,   1 ] 
 
 
 
         d e f   v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( s e l f ) : 
 
                 p l t . f i g u r e ( f i g s i z e = ( 1 0 ,   6 ) ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " C l a s s   D i s t r i b u t i o n   i n   D a t a s e t " ) 
 
                 s n s . c o u n t p l o t ( x = s e l f . l a b e l s ) 
 
                 p l t . x l a b e l ( " C l a s s e s " ) 
 
                 p l t . y l a b e l ( " C o u n t s " ) 
 
                 p l t . s h o w ( ) 
 
 
 
 c l a s s   I m a g e C l a s s i f i e r : 
 
         d e f   _ _ i n i t _ _ ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 s e l f . m o d e l   =   s e l f . b u i l d _ m o d e l ( i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) 
 
 
 
         d e f   b u i l d _ m o d e l ( s e l f ,   i n p u t _ s h a p e ,   n u m _ c l a s s e s ) : 
 
                 m o d e l   =   m o d e l s . S e q u e n t i a l ( ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 3 2 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ,   i n p u t _ s h a p e = i n p u t _ s h a p e ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . M a x P o o l i n g 2 D ( ( 2 ,   2 ) ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . C o n v 2 D ( 6 4 ,   ( 3 ,   3 ) ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . F l a t t e n ( ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( 6 4 ,   a c t i v a t i o n = ' r e l u ' ) ) 
 
                 m o d e l . a d d ( l a y e r s . D e n s e ( n u m _ c l a s s e s ,   a c t i v a t i o n = ' s o f t m a x ' ) ) 
 
 
 
                 m o d e l . c o m p i l e ( o p t i m i z e r = ' a d a m ' , 
 
                                             l o s s = ' s p a r s e _ c a t e g o r i c a l _ c r o s s e n t r o p y ' , 
 
                                             m e t r i c s = [ ' a c c u r a c y ' ] ) 
 
                 r e t u r n   m o d e l 
 
 
 
         d e f   t r a i n ( s e l f ,   i m a g e s ,   l a b e l s ,   e p o c h s = 1 0 ) : 
 
                 x _ t r a i n ,   x _ v a l ,   y _ t r a i n ,   y _ v a l   =   t r a i n _ t e s t _ s p l i t ( i m a g e s ,   l a b e l s ,   t e s t _ s i z e = 0 . 2 ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r   =   D a t a P r e p r o c e s s o r ( x _ t r a i n ,   y _ t r a i n ) 
 
                 d a t a _ p r e p r o c e s s o r . v i s u a l i z e _ c l a s s _ d i s t r i b u t i o n ( )   
 
                 
 
                 t r a i n _ g e n e r a t o r   =   d a t a _ p r e p r o c e s s o r . a u g m e n t _ d a t a ( ) 
 
                 
 
                 s e l f . m o d e l . f i t ( t r a i n _ g e n e r a t o r ,   s t e p s _ p e r _ e p o c h = l e n ( x _ t r a i n )   / /   3 2 ,   e p o c h s = e p o c h s , 
 
                                               v a l i d a t i o n _ d a t a = ( d a t a _ p r e p r o c e s s o r . n o r m a l i z e _ d a t a ( ) ,   y _ v a l ) ) 
 
 
 
         d e f   p r e d i c t ( s e l f ,   i m a g e ) : 
 
                 i m a g e   =   n p . e x p a n d _ d i m s ( i m a g e ,   a x i s = 0 )   /   2 5 5 . 0     #   N o r m a l i z e 
 
                 r e t u r n   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( i m a g e ) 
 
 
 
         d e f   e v a l u a t e _ f a i r n e s s ( s e l f ,   t e s t _ i m a g e s ,   t e s t _ l a b e l s ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 p r e d i c t i o n s   =   s e l f . m o d e l . p r e d i c t ( t e s t _ i m a g e s   /   2 5 5 . 0 ) 
 
                 p r e d i c t e d _ c l a s s e s   =   n p . a r g m a x ( p r e d i c t i o n s ,   a x i s = 1 ) 
 
 
 
                 f a i r n e s s _ s c o r e s   =   { } 
 
                 f o r   a t t r i b u t e   i n   n p . u n i q u e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                         i d x   =   n p . w h e r e ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s   = =   a t t r i b u t e ) 
 
                         f a i r n e s s _ s c o r e s [ a t t r i b u t e ]   =   { 
 
                                 ' p r e c i s i o n ' :   p r e c i s i o n _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) , 
 
                                 ' r e c a l l ' :   r e c a l l _ s c o r e ( t e s t _ l a b e l s [ i d x ] ,   p r e d i c t e d _ c l a s s e s [ i d x ] ,   a v e r a g e = ' w e i g h t e d ' ) 
 
                         } 
 
                 r e t u r n   f a i r n e s s _ s c o r e s 
 
 
 
         d e f   d e t e c t _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) : 
 
                 d a t a _ d i s t r i b u t i o n   =   p d . S e r i e s ( s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ) . v a l u e _ c o u n t s ( ) 
 
                 p r i n t ( " S e n s i t i v e   A t t r i b u t e   D i s t r i b u t i o n : " ) 
 
                 p r i n t ( d a t a _ d i s t r i b u t i o n ) 
 
 
 
                 p l t . f i g u r e ( f i g s i z e = ( 1 0 ,   6 ) ) 
 
                 s n s . b a r p l o t ( x = d a t a _ d i s t r i b u t i o n . i n d e x ,   y = d a t a _ d i s t r i b u t i o n . v a l u e s ) 
 
                 p l t . t i t l e ( " D i s t r i b u t i o n   o f   S e n s i t i v e   A t t r i b u t e s " ) 
 
                 p l t . x l a b e l ( " A t t r i b u t e s " ) 
 
                 p l t . y l a b e l ( " C o u n t s " ) 
 
                 p l t . s h o w ( ) 
 
 
 
                 r e t u r n   d a t a _ d i s t r i b u t i o n 
 
 
 
         d e f   c h e c k _ b i a s ( s e l f ,   s e n s i t i v e _ a t t r i b u t e s ,   l a b e l s ) : 
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