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符号回归中的可解释性:使用费曼数据集的解释方法基准

机器学习 2024-04-10 v1 人工智能

摘要

在某些情况下,机器学习模型的可解释性与模型准确性同等重要。可解释性源于需要信任预测模型、验证其某些属性,甚至强制执行这些属性以提高公平性。存在许多模型无关的解释方法,用于为黑箱模型提供解释。在回归任务中,实践者可以使用白箱或灰箱模型来获得更可解释的结果,符号回归就是这种情况。当使用解释方法时,由于可解释性缺乏严格定义,需要评估和比较不同解释器的质量。本文提出了一个基准方案来评估解释回归模型(主要是符号回归模型)的解释方法。实验使用了100个物理方程,结合不同的可解释和不可解释回归方法以及流行的解释方法,通过几种解释度量评估了解释器的性能。此外,我们进一步分析了来自遗传规划社区的四个基准。结果表明,符号回归模型可以成为白箱和黑箱模型的一个有趣替代方案,能够返回具有适当解释的准确模型。关于解释器,我们观察到部分效应和SHAP是最稳健的解释模型,而积分梯度仅对基于树的模型不稳定。该基准可公开用于进一步实验。

关键词

引用

@article{arxiv.2404.05908,
  title  = {Interpretability in Symbolic Regression: a benchmark of Explanatory Methods using the Feynman data set},
  author = {Guilherme Seidyo Imai Aldeia and Fabricio Olivetti de Franca},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2404.05908},
  year   = {2024}
}

备注

47 pages, 10 figures. This is a post peer-review, pre-copyedit version of an article published in Genetic Programming and Evolvable Machines Volume 23, pages 309-349, (2022). The final version is available on https://link.springer.com/article/10.1007/s10710-022-09435-x