Интерпретируемые модели — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
Строка 91: Строка 91:
  
 
''рис. 2. Построение локальной суррогатной модели.''
 
''рис. 2. Построение локальной суррогатной модели.''
 +
 +
== См. также ==
 +
 +
* [[Уменьшение размерности]]
 +
 +
* [[Жизненный цикл модели машинного обучения]]
  
 
== Примечания ==
 
== Примечания ==

Версия 20:32, 8 января 2021

Интерпретируемая модель — модель, обладающая свойством интерпретируемости.

Интерпретируемость — это свойство модели, которое показывает, что структуру данной модели может объяснить человек. При этом структура модели не противоречит данным, на которых данная модель построена, а также сохраняет некоторые свойства предоставленных данных. При интерпретации модели могут быть объяснены принципы и закономерности, которые использует сама модель для предсказания на конкретных данных.

Практическая польза

Если модель машинного обучения работает хорошо, почему мы просто не доверяем модели и игнорируем факторы, из-за которых она приняла то или иное решение? "Проблема в том, что только одна метрика измерения, такая как, точность классификации, это неполное описание большинства реальных задач". [1]

Когда нужна интерпретируемость

  • Когда целью является получение каких-либо знаний с помощью изучения построенной модели.
  • Когда алгоритм оптимизировал неполную цель. Например, когда автомобильный инженер получает предсказания о параметрах двигателя, но ему нужно построит в целом достаточно хороший и надёжный автомобиль.
  • Для безопасности сложных систем. Такие системы, в большинстве случаев, нельзя протестировать от начала до конца. Вычислительно тяжело просмотреть все возможное входные данные и сценарии развития событий.

Когда интерпретируемость не требуется

  • Влияние модели мало, а сама интерпретация требует большого количества ресурсов (предложение новых покупок на основе предыдущих в онлайн магазинах).
  • Проблема хорошо разработана и специалистов обучают ещё в университетах.
  • Класс модели широко применяется: линейные модели (стоимость квартиры: понятно, что это метраж, расстояние до метро, школы, детского сада и т.д., но когда параметром много, то уже сложно всё это держать в голове).
  • Необходимость скрыть систему (кому давать кредит, качество работы сотрудника, поисковое ранжирование).

Примеры моделей

Пример интерпретируемой модели

Допустим есть модель в банке, которая помогает решить, давать ли кредит человеку или нет. Приходит в банк Вася, модель отказывает ему в кредите, вопрос почему? Интерпретируемая модель ответит, потому что у него, допустим плохая кредитная история или маленькая зарплата, а по не интерпретируемой модели вряд ли будет, что-то понятно.

Пример эффективной в предсказании, но не интерпретируемой модели

Допустим есть данные и задача бинарной классификации, и 99% объектов имеют класс 1, остальные 0. Модель a(x) = 1, имеет точность 99%, но проинтерпретировать ее нельзя для каких-то наших исследований, особенно если нас интересуют, как возникает класс 0. Такая модель не интерпретируема, так как не информативна.

Другие свойства моделей

  • Предсказуемость и моделируемость: свойства при которых человек способен предсказывать поведение и ошибки модели, а так же умение "симулировать" их. Например: сложные физические модели, где часто возможно абстрагировать простые привила для примерного предсказания результатов.
  • Разложимость и модульность: свойства при которых человек способен декомпозировать модель на интепретируемые компоненты. Например: деревья решений или линейный модели для небольшой размерности.
  • Доверие: пользователь чувствует себя комфортно с настройками предсказания. Так же модель может показать, когда она не совсем уверена в своём предсказании.
  • Информативность: из модели можно выявить вспомогательную информацию полезную для принятия какого-либо решения.
  • Cтабильность: статисические и оптимизационные свойства

Как создать интерпретируемую модель?

Использовать только интерпретируемые модели (англ. Transparent Models):

рис. 1. Зависимость интерпретируемости от точности.
  • Модели основывающиеся на предыдущем опыте.

Но не всё хорошо описывается этими моделями.

Построить интерпретируемую модель поверх эмбендинга

Пример: у нас есть лук. Если “лук” находится рядом с “чесноком”, то модель думает о “луке” как о овоще, если “лук” находится рядом с “пистолетом”, “рогаткой”, то модель думает о “луке” как о оружии.

Но модель теперь интерпретируема, но сами признаки перестают быть таковым.

Важность признаков

Одна из возможностей проанализировать модель — оценить, насколько её решение зависит от отдельных признаков.

SHAP — (англ. SHapley Additive exPlanations) Важность i-го признака здесь вычисляется по такой формуле:[2].

[math]\begin{equation*} \phi_{i}(p) =\sum_{S \subseteq \{1,2..n\} / \{i\}} \frac{|S|!(n - |S| -1)!}{n!}(p(S \cup \{ i \}) - p(S)) \end{equation*}[/math]

где f(S) — ответ модели, обученной на подмножестве S множества n признаков (на конкретном объекте — вся формула записывается для конкретного объекта).[3].

Видно, что вычисление требует переобучения модели на всевозможных подмножествах признаках, поэтому на практике применяют приближения формулы.

Суррогатные модели

LIME — (англ. Local Interpretable Model-agnostic Explanations) [4] Даже если простая модель не сможет смоделировать сложную во всём пространстве, в окрестности конкретной точки это вполне возможно. Локальные модели объясняют конкретный ответ чёрного ящика. Эта идея показана на рис. w. У нас есть чёрный ящик (ЧЯ), который построен на данных. В некоторой точке он выдал ответ, мы генерируем выборку в окрестности этой точки, узнаём ответы ЧЯ и настраиваем обычный линейный классификатор. Он описывает ЧЯ в окрестности точки, хотя во всём пространстве он сильно отличается от ЧЯ. Из рис. 2 понятны достоинства и недостатки такого подхода.[5]

Lime.png

рис. 2. Построение локальной суррогатной модели.

См. также

Примечания

  1. Doshi-Velez and Kim "Towards A Rigorous Science of Interpretable Machine Learning" 2017 Page 5
  2. Реализация Shap [1]
  3. Павел Трошенков "Как интерпретировать предсказания моделей в SHAP" [2]
  4. Marco Tulio Ribeiro, Sameer Singh, Carlos Guestrin "Explaining the Predictions of Any Classifier" [3]
  5. Реализация Lime [4]

Источники информации

  • Doshi-Velez and Kim "Towards A Rigorous Science of Interpretable Machine Learning" 2017[5]
  • Sanmi Koyejo "Interpretability" MACHINE LEARNING SUMMER SCHOOL 2019 [6]