Локальные поддающиеся толкованию объяснения модели агностические (LIME)
LIME объясняет предсказание модели машинного обучения (классификация или регрессия) для точки запроса, находя важные предикторы и подбирая простую поддающуюся толкованию модель.
Можно создать lime объект для модели машинного обучения с заданной точкой запроса (queryPoint) и конкретное количество важных предикторов (numImportantPredictors). Программное обеспечение генерирует синтетический набор данных и подбирает простую поддающуюся толкованию модель важных предикторов, которая эффективно объясняет предсказания для синтетических данных вокруг точки запроса. Простая модель может быть линейной моделью (значение по умолчанию) или модель дерева принятия решения.
Используйте подбиравшую простую модель, чтобы объяснить предсказание модели машинного обучения локально в заданной точке запроса. Используйте plot функция, чтобы визуализировать результаты LIME. На основе локальных объяснений можно решить, доверять ли модели машинного обучения.
Подбирайте новую простую модель для другой точки запроса при помощи fit функция.
results = lime(blackbox)lime объект с помощью объекта модели машинного обучения blackbox это содержит данные о предикторе. lime функция генерирует выборки синтетического набора данных предиктора и вычисляет предсказания для выборок. Чтобы подбирать простую модель, используйте fit функция с results.
results = lime(blackbox,'CustomSyntheticData',customSyntheticData)lime объект с помощью предсгенерированного, пользовательского синтетического набора данных предиктора customSyntheticData. lime функция вычисляет предсказания для выборок в customSyntheticData.
results = lime(___,'QueryPoint',queryPoint,'NumImportantPredictors',numImportantPredictors)queryPoint. Можно задать queryPoint и numImportantPredictors в дополнение к любой из комбинаций входных аргументов в предыдущих синтаксисах.
results = lime(___,Name,Value)'SimpleModelType','tree' задает тип простой модели как модель дерева принятия решения.
Обучите модель классификации и создайте lime возразите, что использует дерево решений простая модель. Когда вы создаете lime возразите, задайте точку запроса и количество важных предикторов так, чтобы программное обеспечение сгенерировало выборки синтетического набора данных и подбирало простую модель для точки запроса с важными предикторами. Затем отобразите предполагаемую важность предиктора в простой модели при помощи объектного функционального plot.
Загрузите CreditRating_Historical набор данных. Набор данных содержит идентификаторы клиентов и их финансовые отношения, промышленные метки и кредитные рейтинги.
tbl = readtable('CreditRating_Historical.dat');Отобразите первые три строки таблицы.
head(tbl,3)
ans=3×8 table
ID WC_TA RE_TA EBIT_TA MVE_BVTD S_TA Industry Rating
_____ _____ _____ _______ ________ _____ ________ ______
62394 0.013 0.104 0.036 0.447 0.142 3 {'BB'}
48608 0.232 0.335 0.062 1.969 0.281 8 {'A' }
42444 0.311 0.367 0.074 1.935 0.366 1 {'A' }
Составьте таблицу переменных предикторов путем удаления столбцов идентификаторов клиентов и оценок от tbl.
tblX = removevars(tbl,["ID","Rating"]);
Обучите модель черного ящика кредитных рейтингов при помощи fitcecoc функция.
blackbox = fitcecoc(tblX,tbl.Rating,'CategoricalPredictors','Industry');
Создайте lime объект, который объясняет предсказание для последнего наблюдения с помощью дерева решений простая модель. Задайте 'NumImportantPredictors' как шесть, чтобы найти самое большее 6 важных предикторов. Если вы задаете 'QueryPoint' и 'NumImportantPredictors' значения, когда вы создаете lime объект, затем программное обеспечение генерирует выборки синтетического набора данных и подбирает простую поддающуюся толкованию модель к синтетическому набору данных.
queryPoint = tblX(end,:)
queryPoint=1×6 table
WC_TA RE_TA EBIT_TA MVE_BVTD S_TA Industry
_____ _____ _______ ________ ____ ________
0.239 0.463 0.065 2.924 0.34 2
rng('default') % For reproducibility results = lime(blackbox,'QueryPoint',queryPoint,'NumImportantPredictors',6, ... 'SimpleModelType','tree')
results =
lime with properties:
BlackboxModel: [1x1 ClassificationECOC]
DataLocality: 'global'
CategoricalPredictors: 6
Type: 'classification'
X: [3932x6 table]
QueryPoint: [1x6 table]
NumImportantPredictors: 6
NumSyntheticData: 5000
SyntheticData: [5000x6 table]
Fitted: {5000x1 cell}
SimpleModel: [1x1 ClassificationTree]
ImportantPredictors: [2x1 double]
BlackboxFitted: {'AA'}
SimpleModelFitted: {'AA'}
Постройте lime объект results при помощи объектного функционального plot. Чтобы отобразить существующее подчеркивание на любое имя предиктора, измените TickLabelInterpreter значение осей к 'none'.
f = plot(results);
f.CurrentAxes.TickLabelInterpreter = 'none';
График отображает два предсказания для точки запроса, которые соответствуют свойству BlackboxFitted и свойству SimpleModelFitted results.
Горизонтальный столбчатый график показывает отсортированные значения важности предиктора. lime находит финансовые переменные EBIT_TA отношения и WC_TA как важные предикторы для точки запроса.
Можно считать длины панели при помощи всплывающих подсказок или Свойств панели. Например, можно найти Bar объекты при помощи findobj функционируйте и добавьте метки в концы панелей при помощи text функция.
b = findobj(f,'Type','bar'); text(b.YEndPoints+0.001,b.XEndPoints,string(b.YData))
В качестве альтернативы можно отобразить содействующие значения в таблице с именами переменного предиктора.
imp = b.YData; flipud(array2table(imp', ... 'RowNames',f.CurrentAxes.YTickLabel,'VariableNames',{'Predictor Importance'}))
ans=2×1 table
Predictor Importance
____________________
MVE_BVTD 0.088412
RE_TA 0.0018061
Обучите модель регрессии и создайте lime возразите, что использует линейную простую модель. Когда вы создаете lime объект, если вы не задаете точку запроса и количество важных предикторов, затем программное обеспечение, генерирует выборки синтетического набора данных, но не подбирает простую модель. Используйте объектный функциональный fit подбирать простую модель для точки запроса. Затем отобразите коэффициенты подбиравшей линейной простой модели при помощи объектного функционального plot.
Загрузите carbig набор данных, который содержит измерения автомобилей, сделанных в 1970-х и в начале 1980-х.
load carbigСоставьте таблицу, содержащую переменные предикторы Acceleration, Cylinders, и так далее, а также переменная отклика MPG.
tbl = table(Acceleration,Cylinders,Displacement,Horsepower,Model_Year,Weight,MPG);
Удаление отсутствующих значений в наборе обучающих данных может помочь уменьшать потребление памяти и ускорить обучение fitrkernel функция. Удалите отсутствующие значения в tbl.
tbl = rmmissing(tbl);
Составьте таблицу переменных предикторов путем удаления переменной отклика из tbl.
tblX = removevars(tbl,'MPG');Обучите модель черного ящика MPG при помощи fitrkernel функция.
rng('default') % For reproducibility mdl = fitrkernel(tblX,tbl.MPG,'CategoricalPredictors',[2 5]);
Создайте lime объект. Задайте набор данных предиктора потому что mdl не содержит данные о предикторе.
results = lime(mdl,tblX)
results =
lime with properties:
BlackboxModel: [1x1 RegressionKernel]
DataLocality: 'global'
CategoricalPredictors: [2 5]
Type: 'regression'
X: [392x6 table]
QueryPoint: []
NumImportantPredictors: []
NumSyntheticData: 5000
SyntheticData: [5000x6 table]
Fitted: [5000x1 double]
SimpleModel: []
ImportantPredictors: []
BlackboxFitted: []
SimpleModelFitted: []
results содержит сгенерированный синтетический набор данных. SimpleModel свойство пусто ([]).
Подбирайте линейную простую модель для первого наблюдения в tblX. Задайте количество важных предикторов, чтобы найти как 3.
queryPoint = tblX(1,:)
queryPoint=1×6 table
Acceleration Cylinders Displacement Horsepower Model_Year Weight
____________ _________ ____________ __________ __________ ______
12 8 307 130 70 3504
results = fit(results,queryPoint,3);
Постройте lime объект results при помощи объектного функционального plot. Чтобы отобразить существующее подчеркивание на любое имя предиктора, измените TickLabelInterpreter значение осей к 'none'.
f = plot(results);
f.CurrentAxes.TickLabelInterpreter = 'none';
График отображает два предсказания для точки запроса, которые соответствуют свойству BlackboxFitted и свойству SimpleModelFitted results.
Горизонтальный столбчатый график показывает содействующие значения простой модели, отсортированной по их абсолютным значениям. LIME находит Horsepower, Model_Year, и Cylinders как важные предикторы для точки запроса.
Model_Year и Cylinders категориальные предикторы, которые имеют несколько категорий. Для линейной простой модели программное обеспечение создает ту меньше фиктивной переменной, чем количество категорий для каждого категориального предиктора. Столбчатый график отображает только самую важную фиктивную переменную. Можно проверять коэффициенты других фиктивных переменных с помощью SimpleModel свойство results. Отобразите отсортированные содействующие значения, включая все категориальные фиктивные переменные.
[~,I] = sort(abs(results.SimpleModel.Beta),'descend'); table(results.SimpleModel.ExpandedPredictorNames(I)',results.SimpleModel.Beta(I), ... 'VariableNames',{'Exteded Predictor Name','Coefficient'})
ans=17×2 table
Exteded Predictor Name Coefficient
__________________________ ___________
{'Horsepower' } -3.4485e-05
{'Model_Year (74 vs. 70)'} -6.1279e-07
{'Model_Year (80 vs. 70)'} -4.015e-07
{'Model_Year (81 vs. 70)'} 3.4176e-07
{'Model_Year (82 vs. 70)'} -2.2483e-07
{'Cylinders (6 vs. 8)' } -1.9024e-07
{'Model_Year (76 vs. 70)'} 1.8136e-07
{'Cylinders (5 vs. 8)' } 1.7461e-07
{'Model_Year (71 vs. 70)'} 1.558e-07
{'Model_Year (75 vs. 70)'} 1.5456e-07
{'Model_Year (77 vs. 70)'} 1.521e-07
{'Model_Year (78 vs. 70)'} 1.4272e-07
{'Model_Year (72 vs. 70)'} 6.7001e-08
{'Model_Year (73 vs. 70)'} 4.7214e-08
{'Cylinders (4 vs. 8)' } 4.5118e-08
{'Model_Year (79 vs. 70)'} -2.2598e-08
⋮
Обучите модель регрессии и создайте lime объект с помощью указателя на функцию для predict функция модели. Используйте объектный функциональный fit подбирать простую модель для заданной точки запроса. Затем отобразите коэффициенты подбиравшей линейной простой модели при помощи объектного функционального plot.
Загрузите carbig набор данных, который содержит измерения автомобилей, сделанных в 1970-х и в начале 1980-х.
load carbigСоставьте таблицу, содержащую переменные предикторы Acceleration, Cylinders, и так далее.
tbl = table(Acceleration,Cylinders,Displacement,Horsepower,Model_Year,Weight);
Обучите модель черного ящика MPG при помощи TreeBagger функция.
rng('default') % For reproducibility Mdl = TreeBagger(100,tbl,MPG,'Method','regression','CategoricalPredictors',[2 5]);
lime не поддерживает TreeBagger возразите непосредственно, таким образом, вы не можете задать первый входной параметр (модель черного ящика) lime как TreeBagger объект. Вместо этого можно использовать указатель на функцию для predict функция. Можно также задать опции predict функция с помощью аргументов name-value функции.
Создайте указатель на функцию к predict функция TreeBagger объект Mdl. Задайте массив древовидных индексов, чтобы использовать в качестве 1:50.
myPredict = @(tbl) predict(Mdl,tbl,'Trees',1:50);Создайте lime объект с помощью указателя на функцию myPredict. Когда вы задаете модель черного ящика как указатель на функцию, необходимо обеспечить данные о предикторе и задать 'Type' аргумент значения имени. tbl включает категориальные предикторы (Cylinder и Model_Year) с double тип данных. По умолчанию, lime не обрабатывает переменные с double тип данных как категориальные предикторы. Задайте второе (Cylinder) и пятый (Model_Year) переменные как категориальные предикторы.
results = lime(myPredict,tbl,'Type','regression','CategoricalPredictors',[2 5]);
Подбирайте линейную простую модель для первого наблюдения в tbl. Чтобы отобразить существующее подчеркивание на любое имя предиктора, измените TickLabelInterpreter значение осей к 'none'.
results = fit(results,tbl(1,:),4);
f = plot(results);
f.CurrentAxes.TickLabelInterpreter = 'none';
lime находит Horsepower, Displacement, Cylinders, и Model_Year как важные предикторы.