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基于分组-段落玩家的 Shapley 值解释:用于多变量时间序列的 GroupSegment-SHAP

机器学习 2026-01-13 v1 人工智能 计算机科学与博弈论

摘要

多变量时间序列模型在医疗、工业、能源和金融等领域实现了强大的预测性能,但它们如何将跨变量相互作用与时间动力学相结合仍不清晰。SHapley 叠加解释(SHAP)广泛用于解释。然而,现有的变体通常独立地处理特征轴和时间轴,导致由多个变量在特定时间间隔内共同形成的结构信号被碎片化。我们提出了分组-段落 SHAP(GroupSegment SHAP, GS-SHAP),它基于跨变量依赖性和随时间分布偏移,构建解释单元作为分组-段落玩家,然后通过 Shapley 归因量化每个单元的贡献。我们在四个真实世界领域评估了 GS-SHAP:人类活动识别、电力系统预测、医学信号分析和金融时间序列,并将其与 KernelSHAP、TimeSHAP、SequenceSHAP、WindowSHAP 和 TSHAP 进行比较。GS-SHAP 在时间序列 SHAP 基准上将删除-based 可信度(DeltaAUC)提高约 1.7 倍,同时在匹配的扰动预算下将运行时间缩短约 40%。一个金融案例研究表明,GS-SHAP 在高波动期间识别了关键市场变量之间的可解释的多变量-时间相互作用。

关键词

引用

@article{arxiv.2601.06114,
  title  = {GroupSegment-SHAP: Shapley Value Explanations with Group-Segment Players for Multivariate Time Series},
  author = {Jinwoong Kim and Sangjin Park},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2601.06114},
  year   = {2026}
}

备注

12 pages