Pipelines involving a series of several machine learning models (e.g., stacked generalization ensembles, neural network feature extractors) improve performance in many domains but are difficult to understand. To improve their transparency, we introduce a framework to propagate local feature attributions through complex pipelines of models based on a connection to the Shapley value. Our framework enables us to (1) draw higher-level conclusions based on groups of gene expression features for Alzheimer's and breast cancer histologic grade prediction, (2) draw important insights about the errors a mortality prediction model makes by explaining a loss that is a non-linear transformation of the model's output, (3) explain pipelines of deep feature extractors fed into a tree model for MNIST digit classification, and (4) interpret important consumer scores and raw features in a stacked generalization setting to predict risk for home equity line of credit applications. Importantly, in the consumer scoring example, DeepSHAP is the only feature attribution technique we are aware of that allows independent entities (e.g., lending institutions, credit bureaus) to compute attributions for the original features without having to share their proprietary models. Quantitatively comparing our framework to model-agnostic approaches, we show that our approach is an order of magnitude faster while providing equally salient explanations. In addition, we describe how to incorporate an empirical baseline distribution, which allows us to (1) demonstrate the bias of previous approaches that use a single baseline sample, and (2) present a straightforward methodology for choosing meaningful baseline distributions.


翻译:包含一系列机器学习模型的管道(例如,堆积的普通化集成、神经网络特征提取器),涉及一系列若干机器学习模型(例如,堆积的普通化综合集成、神经网络特征提取器),提高了许多领域的绩效,但难以理解。为了提高透明度,我们引入了一个框架,通过基于沙皮价值的复杂模型管道传播本地特征属性。我们的框架使我们能够(1) 根据阿尔茨海默氏和乳腺癌历史等级预测的基因表达特征组得出更高层次的结论,(2)通过解释一种损失,即模型产出的非线性转换,对死亡率预测模型造成的错误进行重要的洞察,(3)解释将深地特征提取器输入一个树型模型的管道,用于MNIST数字分类的数字化分类,(4)在堆积的概括环境中解释重要的消费者得分和原始特征,以预测信用应用的家庭公平线风险。重要的是,在消费者评分中,DeepSHAP是我们所知道的仅有的特征归属技术,使独立实体(例如,贷款机构,信用局)能够对原始特征属性进行计算,而无需选择的基线转换方法,从而分享其原始模型的管道的管道的管道,同时以同样地标本性地解释我们如何将以前的基线解释。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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