Time-series forecasts are essential for planning and decision-making in many domains. Explainability is key to building user trust and meeting transparency requirements. Shapley Additive Explanations (SHAP) is a popular explainable AI framework, but it lacks efficient implementations for time series and often assumes feature independence when sampling counterfactuals. We introduce SHAPformer, an accurate, fast and sampling-free explainable time-series forecasting model based on the Transformer architecture. It leverages attention manipulation to make predictions based on feature subsets. SHAPformer generates explanations in under one second, several orders of magnitude faster than the SHAP Permutation Explainer. On synthetic data with ground truth explanations, SHAPformer provides explanations that are true to the data. Applied to real-world electrical load data, it achieves competitive predictive performance and delivers meaningful local and global insights, such as identifying the past load as the key predictor and revealing a distinct model behavior during the Christmas period.


翻译:时间序列预测对于众多领域的规划与决策至关重要。可解释性是建立用户信任和满足透明度要求的关键。沙普利加性解释(SHAP)是一种流行的可解释人工智能框架,但其缺乏针对时间序列的高效实现,且在采样反事实时通常假设特征独立性。本文提出SHAPformer——一种基于Transformer架构的准确、快速且免采样的可解释时间序列预测模型。该模型通过注意力机制操控实现基于特征子集的预测。SHAPformer能在1秒内生成解释,比SHAP置换解释器快数个数量级。在具有真实解释的合成数据上,SHAPformer提供的解释与数据本质相符。将其应用于真实世界电力负荷数据时,该模型取得了具有竞争力的预测性能,并提供了有意义的局部与全局洞察,例如识别历史负荷作为关键预测因子,并揭示了圣诞节期间独特的模型行为模式。

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