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SX-GeoTree:集成特征归因空间相似性的自解释地理回归树

机器学习 2025-11-26 v1 计算机与社会 机器学习

摘要

决策树仍是表格预测的核心,但在捕捉空间依赖性和产生局部稳定(鲁棒)解释方面存在挑战。我们提出了 SX-GeoTree,一种自解释地理回归树,通过在递归分裂期间整合三个耦合目标:杂质降低(MSE)、空间残差控制(全局 Moran's I)以及通过由 (a) 地理加权回归(GWR)系数距离(刺激-响应相似性)和 (b) SHAP 归因距离(解释相似性)形成的共识相似网络实现的解释鲁棒性。我们将特征归因的局部 Lipschitz 连续性重新定义为网络社区保存问题,从而在不进行每个样本的邻域搜索的情况下,可扩展地实现空间一致的解释。在两个典型任务(福建省县级 GDP,n=83;西雅图市点态房价,n=21,613)上的实验表明,SX-GeoTree 在保持竞争的预测准确性(与决策树相当,R2R^{2} 差距小于 0.01)的同时,改善了残差的空间均匀性并将归因共识提高了一倍(模块性:福建 0.19 vs 0.09;西雅图 0.10 vs 0.05)。消融实验确认 Moran's I 和模块性术语是互补的;移除任一项都会降低空间残差结构和解释稳定性。该框架演示了如何将空间相似性——通过 GWR 派生的局部关系扩展而不仅仅是几何邻近性——嵌入可解释模型中,从而推动可信赖的地理机器学习,并为领域感知的可解释性提供一种可迁移的模板。

关键词

引用

@article{arxiv.2511.19845,
  title  = {SX-GeoTree: Self-eXplaining Geospatial Regression Tree Incorporating the Spatial Similarity of Feature Attributions},
  author = {Chaogui Kang and Lijian Luo and Qingfeng Guan and Yu Liu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2511.19845},
  year   = {2025}
}

备注

41 pages, 7 figures, 12 tables