Average calibration of the (variance-based) prediction uncertainties of machine learning regression tasks can be tested in two ways: one is to estimate the calibration error (CE) as the difference between the mean absolute error (MSE) and the mean variance (MV); the alternative is to compare the mean squared z-scores (ZMS) to 1. The problem is that both approaches might lead to different conclusions, as illustrated in this study for an ensemble of datasets from the recent machine learning uncertainty quantification (ML-UQ) literature. It is shown that the estimation of MV, MSE and their confidence intervals becomes unreliable for heavy-tailed uncertainty and error distributions, which seems to be a frequent feature of ML-UQ datasets. By contrast, the ZMS statistic is less sensitive and offers the most reliable approach in this context, still acknowledging that datasets with heavy-tailed z-scores distributions should be considered with great care. Unfortunately, the same problem is expected to affect also conditional calibrations statistics, such as the popular ENCE, and very likely post-hoc calibration methods based on similar statistics. Several solutions to circumvent the outlined problems are proposed.


翻译:机器学习回归任务中(基于方差的)预测不确定性的平均校准可通过两种方式检验:一是通过计算平均绝对误差(MSE)与平均方差(MV)的差值来估计校准误差(CE);另一种方法是将标准化均方误差(ZMS)与1进行比较。问题在于这两种方法可能得出不同结论,本研究通过近期机器学习不确定性量化(ML-UQ)文献中的多个数据集集合验证了这一点。研究表明,对于重尾不确定性与误差分布——这似乎是ML-UQ数据集的常见特征——MV、MSE及其置信区间的估计会变得不可靠。相比之下,ZMS统计量的敏感性较低,在此情境下提供了最可靠的方法,但仍需注意:对于具有重尾标准化误差分布的数据集应保持高度审慎。遗憾的是,该问题预计同样会影响条件校准统计量(如常用的ENCE),也很可能波及基于类似统计量的后验校准方法。本文提出了若干规避上述问题的解决方案。

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