KernelSHAP vs TreeSHAP

根据速度、复杂性和其他考虑因素比较 SHAP 近似方法

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[[KernelSHAP]] 和 [[TreeSHAP]] 都用于近似 [[Shapley]] 值。TreeSHAP速度更快。缺点是它只能与基于树的算法(如[[随机森林]]和 [[xgboost]])一起使用。另一方面,KernelSHAP 与模型无关。这意味着它可以与任何机器学习算法一起使用。我们将比较这两种近似方法。

为此,我们将进行一项实验。这将向我们展示 TreeSHAP 实际上有多快。我们还将探讨树算法的参数如何影响时间复杂度。这些包括树的数量、 深度和特征的数量。在使用 TreeSHAP 进行数据探索时,这些知识非常有用。最后,我们将讨论其他考虑因素(如特征依赖性)如何影响方法。

每次观察的时间

对于第一个实验,我们想看看这些方法计算 [[SHAP]] 值需要多少时间。我们不会介绍用于获取结果的代码,但你可以在 GitHub1 上找到它。总而言之,我们首先模拟回归数据。它有 10000 个样本、 10 个特征和 1 个连续

### SHAP在Matlab中的实现代码或使用方法 SHAPSHapley Additive exPlanations)是一种用于解释机器学习模型预测结果的工具。尽管SHAP最初是在Python中实现的,但也可以通过其他编程语言(如Matlab)实现类似的逻辑。以下是关于如何在Matlab中实现SHAP的基本思路和代码示例。 #### 1. Matlab中SHAP的基本概念 SHAP值的核心思想是基于Shapley值理论,将每个特征对模型输出的贡献分解为可加性部分。在Matlab中,可以通过以下步骤实现SHAP: - 加载训练好的模型。 - 计算特征的重要性及其对模型输出的影响。 - 使用特定的算法(如Kernel SHAP或Tree SHAP)生成SHAP值。 #### 2. Matlab中的SHAP实现代码示例 以下是一个简单的Matlab代码示例,展示如何使用Kernel SHAP方法计算SHAP值[^3]。 ```matlab % 加载数据集 load('data.mat'); % 假设数据存储在'data.mat'中 X = data(:, 1:end-1); % 特征矩阵 y = data(:, end); % 标签向量 % 训练一个简单的回归模型 model = fitrlinear(X, y); % 定义背景数据(用于Kernel SHAP) backgroundData = X(1:50, :); % 使用前50个样本作为背景数据 % 定义目标样本 targetSample = X(51, :); % 使用第51个样本作为目标样本 % 计算SHAPshapValues = kernelSHAP(model, backgroundData, targetSample); % 可视化SHAP值 figure; bar(shapValues); title('SHAP Values for Target Sample'); xlabel('Features'); ylabel('SHAP Value'); ``` #### 3. 关键函数解释 - `fitrlinear`:用于训练线性回归模型。可以根据需要替换为其他模型类型。 - `kernelSHAP`:这是一个自定义函数,用于计算Kernel SHAP值。具体实现可以参考Python中的`shap.KernelExplainer`逻辑,并将其转换为Matlab代码[^4]。 #### 4. 自定义`kernelSHAP`函数 以下是一个简化的`kernelSHAP`函数实现[^5]: ```matlab function shapValues = kernelSHAP(model, backgroundData, targetSample) % 合并背景数据和目标样本 combinedData = [backgroundData; targetSample]; % 获取特征数量 numFeatures = size(backgroundData, 2); % 初始化SHAPshapValues = zeros(1, numFeatures); % 遍历所有特征子集 for s = 1:(2^numFeatures) % 生成特征子集 featureSubset = dec2bin(s-1, numFeatures) == '1'; % 创建掩码矩阵 maskMatrix = repmat(featureSubset, [size(combinedData, 1), 1]); maskedData = combinedData .* maskMatrix; % 计算模型预测值 predictions = predict(model, maskedData); % 更新SHAPshapValues(featureSubset) = shapValues(featureSubset) + ... mean(predictions(end) - predictions(1:end-1)); end % 归一化SHAPshapValues = shapValues / (2^numFeatures); end ``` #### 5. 注意事项 - 上述代码仅为示例,实际应用中可能需要根据具体模型调整。 - Matlab中没有现成的SHAP库,因此需要手动实现相关算法。 - 如果模型复杂度较高,建议使用Python中的`shap`库进行计算,然后将结果导入Matlab进行可视化[^6]。 ###
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