SHAP (SHapley Additive exPlanation) values provide a game theoretic interpretation of the predictions of machine learning models based on Shapley values. While exact calculation of SHAP values is computationally intractable in general, a recursive polynomial-time algorithm called TreeShap is available for decision tree models. However, despite its polynomial time complexity, TreeShap can become a significant bottleneck in practical machine learning pipelines when applied to large decision tree ensembles. Unfortunately, the complicated TreeShap algorithm is difficult to map to hardware accelerators such as GPUs. In this work, we present GPUTreeShap, a reformulated TreeShap algorithm suitable for massively parallel computation on graphics processing units. Our approach first preprocesses each decision tree to isolate variable sized sub-problems from the original recursive algorithm, then solves a bin packing problem, and finally maps sub-problems to single-instruction, multiple-thread (SIMT) tasks for parallel execution with specialised hardware instructions. With a single NVIDIA Tesla V100-32 GPU, we achieve speedups of up to 19x for SHAP values, and speedups of up to 340x for SHAP interaction values, over a state-of-the-art multi-core CPU implementation executed on two 20-core Xeon E5-2698 v4 2.2 GHz CPUs. We also experiment with multi-GPU computing using eight V100 GPUs, demonstrating throughput of 1.2M rows per second -- equivalent CPU-based performance is estimated to require 6850 CPU cores.


翻译:SHapley Additivie Explanation) 值提供了基于 Shapley 值的机器学习模型预测的游戏理论解释。 虽然精确计算 SHAP 值在总体上难以计算, 但是对于决策树模型来说, 有一种叫做 TreamShap 的递归性多边时间算法是可用的。 然而, 尽管它具有多元时间复杂性, 树Shap 在应用于大型决策树组时, 可以在实用机器学习管道中成为一个巨大的瓶颈。 不幸的是, 复杂的 TreShap 算法很难映射到 GPUs 等硬件加速器。 在这项工作中, 我们还展示了 GPSAP 的精确计算方法。 我们的方法首先将每个决定树从原始的递解算中分离可变大小的子分数, 然后解决一个 bin 包装问题, 最后将基于 equu- pual 的子方案, 多重读取 (SIMTMTH) 任务映射到 C- Exqual C- suples 的 C- sal deal developmental 20- cal exal exal deal ex a. gVIAx ex- hownx ax ax axxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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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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