XAI/MLI 可解释机器学习系列1- 开源&paper汇总

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时间 2022-10-10 21:15:30

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一直在关注可解释领域，因为确实在工作中有许多应用

  • 模型检查，特征重要性是否符合预期和AUC一样重要
  • 模型解释，比起虚无缥缈的模型指标，解释模型学到的规律更能说服业务方
  • 样本解释，为什么这些用户会违约，是否有指标能提前预警？
  • 决策归因，有时模型只是提取pattern的方式，最终需要给到归因/决策，例如HTE模型和XAI结合是否也是一种落地方式

18年被H2O Driverless AI 提供的可解释机器学习引擎（下图）种草后，就对这个领域产生了兴趣。不过用的越多，XAI暴露的问题就越多，比如特征的微调可能会导致整个特征解释发生翻天覆地的变化，再比如表现很好的模型会给出完全不能理解的特征解释。不过在接触因果推理后希望可以换个视角来看XAI，于是重新捡起这个系列(挖坑慎入，这是一个18年就开始挖，到现在都没有填完的坑)～

Algo & paper

开源库每个算法只提供了一个，大多是原作者或者我用过的，并不一定是start最多的，要是你知道better source欢迎留言哟～

|算法|paper|GitHub| |---|---|---| |Permutation Importance|【1】|eli5| |Feature Importace|计算方法有多种【2】|LGB/XGB/sklearn自带| |Surrogate Model|【3】|h2o.ai| |Local interpretable model_agnostic explanations（LIME）|【4】|lime| |Leave one covariate out(LOCO)|【5】|h2o.ai | |Individual Conditional Expectation(ICE)|【6】| PDPbox| |Partial Dependence Plot(PDP)|【7】|PDPbox| |shapley/SHAP|【8】【9】【10】|shap| |DeepLift|【11】| deeplift| |Layerwise Relevance Propagation（LRP）|【12】|LRP demo| |Integrated Gradients|【13】|Integrated-Gradients|

【1】Breiman, 2001, Random Forests

【2】方法有很多可以找xgb/lgb文档来看

【3】Osbert Bastani, Carolyn Kim, and Hamsa Bastani, 2017. Interpreting Blackbox Models via Model Extraction.

【4】Ribeiro, Marco Tulio, Sameer Singh, and Carlos Guestrin. Why should I trust you?: Explaining the predictions of any classifier. 2016

【5】Jing Lei, Max G’Sell, Alessandro Rinaldo, Ryan J. Tibshirani, and Larry Wasserman, 2016, Distribution-Free Predictive Inference For Regression

【6】Goldstein, Alex, et al, 2015, Peeking inside the black box: Visualizing statistical learning with plots of individual conditional expectation.

【7】J. H. Friedman, 2001, Greedy function approximation: a gradient boosting machine

【8】Lundberg, Scott M., and Su-In Lee, 2017. A unified approach to interpreting model predictions

【9】Lundberg, Scott M., Gabriel G. Erion, and Su-In Lee, 2018. Consistent individualized feature attribution for tree ensembles.

【10】Sundararajan, Mukund, and Amir Najmi, 2019, The many Shapley values for model explanation

【11】 Avanti Shrikumar, Peyton Greenside, and Anshul Kundaje, 2017 . Learning important features throughpropagating activation differences

【12】Sebastian Bach, Alexander Binder, Grégoire Montavon, Frederick Klauschen, Klaus-Robert Müller,and Wojciech Samek, 2015. On pixel-wise explanations for non-linear classifier decisions by layer-wise relevance propagation

【13】Mukund Sundararajan, Ankur Taly, and Qiqi Yan, 2017. Axiomatic attribution for deep networks

Tutorial

以下tutorial不同程度覆盖了上述算法，这两年的只能看paper咯。

推荐第一本，据说是LMU2019年学生研讨会的作业汇总。。。引入了因果的概念来分析在哪些情况下XAI会cheating，虽然大多是点到即止没有深入，不过指出的一些坑命中率还是很高的>_< ，有一句话记忆很深刻 可解释算法解释的是模型学到了什么，而非实际数据表现如何

  1. Limitations of Interpretable Machine Learning Methods
  2. Interpretable Machine Learning, A Guide for Making Black Box Models Explainable.
  3. OREILLY, Ideas on interpreting machine learning
  4. Kaggle, Machine Learning Explainability
  5. H2O AI, An-Introduction-to-Machine-Learning-Interpretability-Second-Edition
  6. MLI-source
  7. h2o.ai interpretable_machine_learning_with_python
  8. h2o.ai awesome-machine-learning-interpretability

XAI的难度不在理解算法本身，而是算法和数据结合时，你需要知道什么时候算法会fail, 以及在模型解释不如预期的时候如何追查原因。说白了就是要在玄学中找规律。。。所以后面我们会找个数据集来试试看

持续更新中～

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