We introduce ORACLE, a framework for explaining neural networks on tabular data and scientific factorial designs. ORACLE summarizes a trained network's prediction surface with main effects and pairwise interactions by treating the network as a black-box response, discretizing the inputs onto a grid, and fitting an orthogonal factorial (ANOVA-style) surrogate -- the $L^2$ orthogonal projection of the model response onto a finite-dimensional factorial subspace. A simple centering and $μ$-rebalancing step then expresses this surrogate as main- and interaction-effect tables that remain faithful to the original model in the $L^2$ sense. The resulting grid-based interaction maps are easy to visualize, comparable across backbones, and directly aligned with classical design-of-experiments practice. On synthetic factorial benchmarks and low- to medium-dimensional tabular regression tasks, ORACLE more accurately recovers ground-truth interaction structure and hotspots than Monte Carlo SHAP-family interaction methods, as measured by ranking, localization, and cross-backbone stability. In latent image and text settings, ORACLE clarifies its scope: grid-based factorial surrogates are most effective when features admit an interpretable factorial structure, making ORACLE particularly well-suited to scientific and engineering workflows that require stable, DoE-style interaction summaries.


翻译:我们提出ORACLE框架,用于解释神经网络在表格数据和科学析因设计中的行为。ORACLE通过将训练好的网络视为黑箱响应函数,将输入离散化到网格上,并拟合正交析因(ANOVA风格)代理模型——即模型响应在有限维析因子空间上的$L^2$正交投影,从而用主效应和成对交互作用来概括网络的预测曲面。随后通过简单的中心化与$μ$重平衡步骤,将该代理模型表示为主效应与交互效应表格,这些表格在$L^2$意义上仍忠实于原始模型。所得网格化交互作用图谱易于可视化,在不同骨干网络间具有可比性,且与经典实验设计实践直接契合。在合成析因基准测试及低维至中维表格回归任务中,通过排序、定位和跨骨干网络稳定性等指标衡量,ORACLE比蒙特卡洛SHAP系列交互作用方法能更准确地还原真实交互结构与热点区域。在潜在图像和文本场景中,ORACLE明确了其适用范围:当特征具有可解释的析因结构时,基于网格的析因代理模型最为有效,这使得ORACLE特别适用于需要稳定、实验设计风格交互作用总结的科学与工程工作流。

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