With dramatic improvements in optimization software, the solution of large-scale problems that seemed intractable decades ago are now a routine task. This puts even more real-world applications into the reach of optimizers. At the same time, solving optimization problems often turns out to be one of the smaller difficulties when putting solutions into practice. One major barrier is that the optimization software can be perceived as a black box, which may produce solutions of high quality, but can create completely different solutions when circumstances change leading to low acceptance of optimized solutions. Such issues of interpretability and explainability have seen significant attention in other areas, such as machine learning, but less so in optimization. In this paper we propose an optimization framework to derive solutions that inherently come with an easily comprehensible explanatory rule, under which circumstances which solution should be chosen. Focussing on decision trees to represent explanatory rules, we propose integer programming formulations as well as a heuristic method that ensure applicability of our approach even for large-scale problems. Computational experiments using random and real-world data indicate that the costs of inherent interpretability can be very small.


翻译:随着优化软件的大幅改进,几十年前似乎难以解决的大规模问题的解决办法现在已成为一项日常任务。这使优化者能够接触到更多现实世界的应用。与此同时,解决优化问题往往成为实施解决方案时遇到的较小困难之一。一个主要障碍是,优化软件可以被视为黑盒,它可以产生高质量的解决方案,但当情况变化导致对优化解决方案的接受率低时,它可以产生完全不同的解决办法。这些解释性和解释性的问题在机器学习等其他领域得到了极大关注,但在优化方面却没有如此。在本文中,我们提出了一个优化框架,以找出解决办法,这些解决办法本身就具有易于理解的解释性规则,在何种情况下应当选择解决办法。我们注重决策树来代表解释性规则,我们提出整齐的编程配方,以及确保我们方法适用于大规模问题的一种超自然方法。使用随机和现实数据进行的计算实验表明,内在可解释性的成本可能非常小。

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