Task6: LIME algorithm

“Why Should I Trust You?”
Explaining the Predictions of Any Classifier

LIME: 可解释任意机器学习模型预测结果的通用方法
https://arxiv.org/pdf/1602.04938.pdf
通过可视化来判断模型是不是符合人理解的

LIME

Local: 只能拟合出待测样本的局部模型的行为
Interpretable:它的结果是人类可以理解的
Model-agnostic:通用的,与模型无关的
Explanation:可解释的

原来的模型是一个黑盒子,决策边界在高维中非常复杂,只选取其中的一个数据,把数据领域的数据生成出来,离他近的点权重高,离得远的点权重高。把数据生成出来输入到原模型中可以得到预测结果,可以用特征以及原模型的预测结果去训练一个简单的线性模型,线性模型是可解释,线性模型可以近似在领域拟合出原模型的行为线性模型训练出的权重就可以反映出特征的重要性以及贡献程度
注:虽然两个模型的预测结果是相同的,但是右边模型的决策过程是错误的

LIME可解释性分析——表格数据

对特征进行随机扰动,再把扰动样本输入到模型中,得到预测结果,扰动的样本作为特征,训练一个可解释性模型,就可以分析出每一个特征在这个模型中的重要度

LIME可解释性分析——图像数据

图像数据如何扰动
把原图做聚类,分成n个超像素的图块,每个图块都可以存在或者不存在,不存在抹成灰色,会生成2的M次方领域的样本
把这个M维向量作为可解释特征,再把扰动后的图像输入到原始模型中,得到预测结果,训练一个线性分类模型
用M维的向量作为特征,预测结果作为标签,即可分析出哪些图块对预测结果具有重要性
首先需要获得原始的待测样本X,通过超像素方法把样本变为X‘,对每个超像素图块做扰动,就生成2^M个M维向量(领域特征),再把它输入到原始模型中进行预测,最后用M维的向量作为特征,预测结果作为标注(带权重的,离待测样本远权重低,离待测样本进权重高),训练出可解释模型g,即可分析出M个超像素图块对模型预测的重要性
LIME:使用可解释特征训练可解释模型,在特定样本的局部线性领域拟合原模型

LIME可解释性分析——文本数据

词向量是不解释的,因此要变为可解释特征
最后反映为每一个单词对预测结果的影响

实验

  1. 不同模型中挑出更好的模型
    准确率高的模型不一定真的靠谱
  2. 根据解释做特征工程,进一步改进模型
  3. 根据解释发现模型异常,特征不一定是科学的

LIME的优点

  1. 兼容任意一种机器学习算法
  2. 特征重要性:解释、理解、信赖、改进(特征工程)
  3. what- if场景:如果每个月多挣500元,额度是多少
  4. 可解释单个样本预测结果、选取代表性样本
  5. 可人工设计、构造可解释特征

LIME的缺点

  1. 人工设计、构造的可解释性特征,不一定是科学的
  2. “局部线性”可能无法拟合原模型
  3. 不同样本,如何计算领域样本权重(覆盖是多大?)LIME的改进:自适应距离
  4. 每个待测样本都需要训练对应可解释模型、耗时长

问题
如何构建可解释性特征?

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