Random Forest (RF) is well-known as an efficient ensemble learning method in terms of predictive performance. It is also considered a Black Box because of its hundreds of deep decision trees. This lack of interpretability can be a real drawback for acceptance of RF models in several real-world applications, especially those affecting one's lives, such as in healthcare, security, and law. In this work, we present Forest-ORE, a method that makes RF interpretable via an optimized rule ensemble (ORE) for local and global interpretation. Unlike other rule-based approaches aiming at interpreting the RF model, this method simultaneously considers several parameters that influence the choice of an interpretable rule ensemble. Existing methods often prioritize predictive performance over interpretability coverage and do not provide information about existing overlaps or interactions between rules. Forest-ORE uses a mixed-integer optimization program to build an ORE that considers the trade-off between predictive performance, interpretability coverage, and model size (size of the rule ensemble, rule lengths, and rule overlaps). In addition to providing an ORE competitive in predictive performance with RF, this method enriches the ORE through other rules that afford complementary information. It also enables monitoring of the rule selection process and delivers various metrics that can be used to generate a graphical representation of the final model. This framework is illustrated through an example, and its robustness is assessed through 36 benchmark datasets. A comparative analysis of well-known methods shows that Forest-ORE provides an excellent trade-off between predictive performance, interpretability coverage, and model size.


翻译:摘要:随机森林作为一种集成学习方法,以其预测性能高效而著称。然而,由于其包含数百棵深层决策树,它也被视为一个黑箱模型。这种可解释性的缺失,在现实应用中(尤其是影响人们生活的领域,如医疗、安全与法律)可能成为阻碍RF模型被接受的实际障碍。本文提出Forest-ORE方法,通过优化规则集成实现RF的局部与全局可解释性。与基于规则的其他RF模型解释方法不同,本方法同时考虑了影响可解释规则集成选择的多个参数。现有方法往往优先考虑预测性能而非可解释覆盖度,且未提供规则间重叠或交互的详细信息。Forest-ORE采用混合整数优化程序构建ORE,综合考虑预测性能、可解释覆盖度与模型规模(规则集成大小、规则长度及规则重叠度)之间的权衡。除提供与RF预测性能相当的ORE外,该方法还通过补充信息的其他规则丰富ORE,支持监控规则选择过程,并提供可用于生成最终模型图形化表示的多项指标。本文通过示例阐释该框架,并基于36个基准数据集评估其稳健性。对已知方法的比较分析表明,Forest-ORE在预测性能、可解释覆盖度与模型规模之间实现了优异的平衡。

0
下载
关闭预览

相关内容

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/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
失去控制的指挥:人工智能时代的任务式指挥
专知会员服务
8+阅读 · 9月11日
美国的新国家安全科技战略思考
专知会员服务
4+阅读 · 9月11日
综述 | 面向大模型智能体的图结构个性化记忆
专知会员服务
6+阅读 · 9月10日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员