Providing a model that achieves a strong predictive performance and is simultaneously interpretable by humans is one of the most difficult challenges in machine learning research due to the conflicting nature of these two objectives. To address this challenge, we propose a modification of the radial basis function neural network model by equipping its Gaussian kernel with a learnable precision matrix. We show that precious information is contained in the spectrum of the precision matrix that can be extracted once the training of the model is completed. In particular, the eigenvectors explain the directions of maximum sensitivity of the model revealing the active subspace and suggesting potential applications for supervised dimensionality reduction. At the same time, the eigenvectors highlight the relationship in terms of absolute variation between the input and the latent variables, thereby allowing us to extract a ranking of the input variables based on their importance to the prediction task enhancing the model interpretability. We conducted numerical experiments for regression, classification, and feature selection tasks, comparing our model against popular machine learning models, the state-of-the-art deep learning-based embedding feature selection techniques, and a transformer model for tabular data. Our results demonstrate that the proposed model does not only yield an attractive prediction performance compared to the competitors but also provides meaningful and interpretable results that potentially could assist the decision-making process in real-world applications. A PyTorch implementation of the model is available on GitHub at the following link. https://github.com/dannyzx/Gaussian-RBFNN


翻译:提供兼具强预测性能与人类可解释性的模型是机器学习研究中最具挑战性的难题之一,原因在于这两个目标本质上的冲突性。为应对这一挑战,我们提出了一种径向基函数神经网络模型的改进方案,通过为其高斯核配备可学习的精度矩阵。研究表明,在模型训练完成后,可从精度矩阵的谱中提取宝贵信息。具体而言,特征向量揭示了模型最大敏感性的方向,从而呈现出主动子空间,并为监督式降维提供了潜在应用前景。与此同时,特征向量还凸显了输入变量与潜在变量之间基于绝对变化量的关联关系,使我们能够根据输入变量对预测任务的重要性提取其排序,从而增强模型的可解释性。我们针对回归、分类和特征选择任务开展了数值实验,将所提模型与主流机器学习模型、基于深度学习的先进嵌入特征选择技术以及面向表格数据的Transformer模型进行了对比。结果表明,所提模型不仅在预测性能上具有竞争力,还能提供有意义的可解释结果,有望在实际应用中辅助决策过程。模型的PyTorch实现在GitHub上公开可用,链接如下:https://github.com/dannyzx/Gaussian-RBFNN

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
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
3+阅读 · 今天8:46
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
7+阅读 · 今天5:37
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:35
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:24
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
3+阅读 · 4月23日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员