The need for fully human-understandable models is increasingly being recognised as a central theme in AI research. The acceptance of AI models to assist in decision making in sensitive domains will grow when these models are interpretable, and this trend towards interpretable models will be amplified by upcoming regulations. One of the killer applications of interpretable AI is medical practice, which can benefit from accurate decision support methodologies that inherently generate trust. In this work, we propose FPT, (MedFP), a novel method that combines probabilistic trees and fuzzy logic to assist clinical practice. This approach is fully interpretable as it allows clinicians to generate, control and verify the entire diagnosis procedure; one of the methodology's strength is the capability to decrease the frequency of misdiagnoses by providing an estimate of uncertainties and counterfactuals. Our approach is applied as a proof-of-concept to two real medical scenarios: classifying malignant thyroid nodules and predicting the risk of progression in chronic kidney disease patients. Our results show that probabilistic fuzzy decision trees can provide interpretable support to clinicians, furthermore, introducing fuzzy variables into the probabilistic model brings significant nuances that are lost when using the crisp thresholds set by traditional probabilistic decision trees. We show that FPT and its predictions can assist clinical practice in an intuitive manner, with the use of a user-friendly interface specifically designed for this purpose. Moreover, we discuss the interpretability of the FPT model.


翻译:随着人工智能研究中对完全人类可理解模型的需求日益被认识到,接受AI模型协助敏感领域的决策制定将增长,而当这些模型可解释时,这种趋势将被放大。 可解释AI的杀手级应用之一是医学实践,准确的决策支持方法可以从根本上产生信任。 在本文中,我们提出了一种结合了概率树和模糊逻辑的新方法FPT(MedFP),以协助临床实践。这种方法是完全可解释的,因为它允许临床医生生成、控制和验证整个诊断过程。该方法的优势之一是能够通过提供不确定性和假设来减少误诊的频率。我们的方法应用于两个实际的医学场景作为概念验证:分类恶性甲状腺结节和预测慢性肾病患者的进展风险。我们的结果表明,概率模糊决策树可以为临床医生提供可解释的支持,此外,将模糊变量引入概率模型中会带来很多细微差别,而这些细微差别在使用传统的概率决策树所设定的刻度门槛时会丢失。我们展示了FPT及其预测如何以直观的方式协助临床实践,使用专门为此目的设计的用户友好界面。此外,我们还讨论了FPT模型的可解释性。

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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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