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JP7654649B2 - 機械学習解釈可能性のためのシステム及び方法 - Google Patents
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JP7654649B2 - 機械学習解釈可能性のためのシステム及び方法 - Google Patents

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Description

機械学習は、強力な予測ツールを提供するが、ユーザは、しばしば(機械学習モデルを訓練するために用いられる)訓練データが訓練済みモデルにより提供される予想にどのように関連があるかについて疑問に思ったままにしておかれる。
この現象は、しばしば「ブラック・ボックス」機械学習モデルと呼ばれる。表のデータに基づいて、機械学習予測結果の解釈をユーザに提供する1つの方法は図を用いる。画像又は文字データに特有のいくつかの解釈可能性の方法もまた存在する。しかしながら、時系列予想に適用できる方法は存在しない。
本開示は、ブラック・ボックス機械学習モデルから時系列予想の実例ベースの機械学習解釈可能性の説明を視覚的に示す問題に対処する。時系列データを解釈するのに適している視覚化によって示される、予想において選択された予測点とモデルを訓練するのに用いられる訓練データとの類似性測度を関連付ける方法及びシステムが開示される。この方法は、訓練データの1つ又は複数の点が、選択された予測の予想値を説明する時系列データのプロットから明白にするので、上述の問題を解決する。方法は、機械学習モデルの出力を説明する統一手法であるSHapley Additive exPlanations(SHAP)を用いることを含むことができる。SHAPは、モデルにより用いられて、インスタンスごとの特徴重要性を計算してもよい。これらの特徴重要性及び特徴値は、訓練データと予測との類似性を計算するベクトルとして用いられる。この方法は、どのようにモデルが特定のインスタンスの説明のための特徴の重要性を重み付けするかを示すだけではなく、過去からの関連した実例に基づいてなぜかを説明することもできる。
1つの態様では、方法は、プロセッサによって、訓練データを用いて回帰機械学習モデルを訓練するステップと、プロセッサによって、訓練済みモデルに基づいて予測を予測するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データ、訓練済みモデル及び予測を受信するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データ及び予測の特性を比較するステップと、を含む。
方法のいくつかの実施例において、特性を比較するステップは、訓練データ、予測並びに訓練データ及び予測の特性の視覚化を含む。
方法のいくつかの実施例において、特性を比較するステップは、機械学習解釈可能性モジュールによって、各訓練データ点のヒューリスティック関数の値を決定するステップを含み、予測は、複数の予測されたデータ点を備え、ヒューリスティック関数は、各訓練データ点のSHAP値と、予測されたデータ点のSHAP値と、訓練データ点の特徴値と、予測されたデータ点の特徴値と、を組み込む。ヒューリスティック関数は、SHAP距離及び特徴距離の組み合わせを備えることができ、SHAP距離は、訓練データ点のSHAPベクトルと予測されたデータ点のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離であり、特徴距離は、訓練データ点の特徴ベクトルと予測されたデータ点の特徴ベクトルとの間のユークリッド距離であり、SHAPベクトルは、データ点のSHAP値の順序列であり、特徴ベクトルは、データ点の特徴値の順序列である。
方法のいくつかの実施例において、特性を比較するステップは、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測の1つ又は複数の点のSHAP値を決定するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データの1つ又は複数の点のSHAP値を決定するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測の1つ又は複数の点の各々のために、予測点のSHAP値と訓練データの1つ又は複数の点の各々のSHAP値との差を決定するステップと、を含む。差は、予測点のSHAPベクトルと訓練データの1つ又は複数の点の各々のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離とすることができる。
方法のいくつかの実施例において、特性を比較するステップは、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データから訓練データ点を除去し、訂正された訓練データ・セットを形成するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、訂正された訓練データ・セットにおいて訓練済みモデルを再訓練するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、訂正された訓練データ・セットに基づいて予測し、訂正された予測を提供するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測と訂正された予測との差を比較するステップと、機械学習解釈可能性モジュールによって、差に基づいて、影響の測度を除去された訓練データ点に割り当てるステップと、を含む、
他の態様において、システムは、プロセッサと、命令を格納するメモリと、を備え、命令は、プロセッサによって実行されると、システムが、プロセッサによって、訓練データを用いて回帰機械学習モデルを訓練し、プロセッサによって、訓練済みモデルに基づいて予測を予測し、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データ、訓練済みモデル及び予測を受信し、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データ及び予測の特性を比較する、ように構成する。
いくつかの実施例において、システムは、訓練データ、予測並びに訓練データ及び予測の特性の視覚化を提供するようにさらに構成される。
いくつかの実施例において、システムは、機械学習解釈可能性モジュールによって、各訓練データ点のヒューリスティック関数の値を決定するようにさらに構成され、予測は、複数の予測されたデータ点を備え、ヒューリスティック関数は、各訓練データ点のSHAP値と、予測されたデータ点のSHAP値と、訓練データ点の特徴値と、予測されたデータ点の特徴値と、を組み込む。11.ヒューリスティック関数は、SHAP距離及び特徴距離の組み合わせを備えることができ、SHAP距離は、訓練データ点のSHAPベクトルと予測されたデータ点のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離であり、特徴距離は、訓練データ点の特徴ベクトルと予測されたデータ点の特徴ベクトルとの間のユークリッド距離であり、SHAPベクトルは、データ点のSHAP値の順序列であり、特徴ベクトルは、データ点の特徴値の順序列である。
いくつかの実施例において、システムは、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測の1つ又は複数の点のSHAP値を決定し、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データの1つ又は複数の点のSHAP値を決定し、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測の1つ又は複数の点の各々のために、予測点のSHAP値と訓練データの1つ又は複数の点の各々のSHAP値との差を決定する、ようにさらに構成される。差は、予測点のSHAPベクトルと訓練データの1つ又は複数の点の各々のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離とすることができる。
いくつかの実施例において、システムは、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データから訓練データ点を除去し、訂正された訓練データ・セットを形成し、機械学習解釈可能性モジュールによって、訂正された訓練データ・セットにおいて訓練済みモデルを再訓練し、機械学習解釈可能性モジュールによって、訂正された訓練データ・セットに基づいて予測し、訂正された予測を提供し、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測と訂正された予測との差を比較し、機械学習解釈可能性モジュールによって、差に基づいて、影響の測度を除去された訓練データ点に割り当てる、ようにさらに構成される。
さらに他の態様において、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は命令を含み、命令は、コンピュータによって実行されると、コンピュータに、プロセッサによって、訓練データを用いて回帰機械学習モデルを訓練させ、プロセッサによって、訓練済みモデルに基づいて予測を予測させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データ、訓練済みモデル及び予測を受信させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データ及び予測の特性を比較させる。
非一時的コンピュータ可読記憶媒体のいくつかの実施例において、命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、コンピュータに、訓練データ、予測並びに訓練データ及び予測の特性の視覚化を提供させる。
非一時的コンピュータ可読記憶媒体のいくつかの実施例において、命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、コンピュータに、機械学習解釈可能性モジュールによって、各訓練データ点のヒューリスティック関数の値を決定させ、予測は、複数の予測されたデータ点を備え、ヒューリスティック関数は、各訓練データ点のSHAP値と、予測されたデータ点のSHAP値と、訓練データ点の特徴値と、予測されたデータ点の特徴値と、を組み込む。ヒューリスティック関数は、SHAP距離及び特徴距離の組み合わせを備えることができ、SHAP距離は、訓練データ点のSHAPベクトルと予測されたデータ点のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離であり、特徴距離は、訓練データ点の特徴ベクトルと予測されたデータ点の特徴ベクトルとの間のユークリッド距離であり、SHAPベクトルは、データ点のSHAP値の順序列であり、特徴ベクトルは、データ点の特徴値の順序列である。
非一時的コンピュータ可読記憶媒体のいくつかの実施例において、命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、コンピュータに、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測の1つ又は複数の点のSHAP値を決定させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データの1つ又は複数の点のSHAP値を決定させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測の1つ又は複数の点の各々のために、予測点のSHAP値と訓練データの1つ又は複数の点の各々のSHAP値との差を決定させる。差は、予測点のSHAPベクトルと訓練データの1つ又は複数の点の各々のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離とすることができる。
非一時的コンピュータ可読記憶媒体のいくつかの実施例において、命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、コンピュータに、機械学習解釈可能性モジュールによって、訓練データから訓練データ点を除去し、訂正された訓練データ・セットを形成させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、訂正された訓練データ・セットにおいて訓練済みモデルを再訓練させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、訂正された訓練データ・セットに基づいて予測し、訂正された予測を提供させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、予測と訂正された予測との差を比較させ、機械学習解釈可能性モジュールによって、差に基づいて、影響の測度を除去された訓練データ点に割り当てさせる。
この明細書の主題の1つ又は複数の実施例の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載される。主題の他の特徴、態様及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになる。
さまざまな図面において類似の参照符号及び名称は、類似の要素を意味する。
任意の特定の要素又は動作の議論を容易に識別するために、参照符号の最上位数又は桁は、その要素が最初に導入される図番を意味する。
一実施例に従うフローチャートである。 一実施例に従う機械学習解釈可能性モジュールのフローチャートである。 一実施例に従うヒューリスティック関数の実例を示す図である。 図3Aに示されるヒューリスティック関数の実例のさらなる態様を示す図である。 図3Aに示されるヒューリスティック関数の実例のさらなる態様を示す図である。 一実施例に従う実例を示す図である。 一実施例に従う実例を示す図である。 一実施例に従うフローチャートである。 一実施例に従う実例を示す図である。 一実施例に従うシステムを示す図である。
本開示において、本願明細書に記載されている本主題の任意の実施例又は実装は、実例、例又は説明として機能し、必ずしも他の実施例より好ましいか有利であると解釈されるべきではない。
開示は、さまざまな修正及び代替形態に影響されやすいが、本発明の特定の実施例は、図面の実例として示され、以下に詳細に記載されている。しかしながら、それは、開示される特定の形式に開示を限定することを意図せず、これに反して、開示は、開示の趣旨及び範囲に該当するすべての修正物、均等物及び代替物をカバーする、ということを理解されたい。
「備える」、「備えている」という用語又はその他の任意のバリエーションは、非排他的な包含をカバーすることを意図するので、構成要素又はステップのリストを備えるセットアップ、デバイス又は方法は、それらの構成要素又はステップのみを含むわけではなく、明示的にはリストされないか、又は、この種のセットアップ又はデバイス又は方法に固有の他の構成要素又はステップを含んでもよい。換言すれば、「~を備える」システム又は装置内の1つ又は複数の要素は、より多くの制約なしで、システム又は装置内の他の要素又は追加の要素の存在を排除しない。
開示の実施例の以下の詳細な説明において、この一部を形成する添付の図面を参照し、図面には、開示が実施されうる特定の実施例が説明のために示される。これらの実施例は、当業者が開示を実施できるのに十分詳細に記載され、他の実施例を利用してもよく、本開示の範囲を逸脱することなく変化がなされてもよいことを理解されたい。それゆえ、以下の説明は、限定する意味でとらえるべきではない。
図1は、一実施例に従うフローチャート100を示す。
フローチャート100は、2つの段階、すなわち、第1の段階102及び第2の段階104を備える。
第1の段階102において、訓練データ106は、機械学習アルゴリズム108により用いられ、訓練済みモデル110を提供する。機械学習アルゴリズム108は、訓練済みモデル110を用いて、将来のデータの1つ(又は複数)の予測112を提供する。
第2の段階104において、次に、訓練データ106、訓練済みモデル110及び予測112は、機械学習解釈可能性モジュール114に入力され、説明出力116を提供する。説明出力116は、視覚的に出力可能であり、グラフィカル・ユーザ・インタフェース118を含んでもよいので、ユーザは、説明出力116と相互作用することができる。
図2は、一実施例に従うMLI(Machine Learning Interpretability)モジュールのフローチャート200を示す。すなわち、図2は、機械学習解釈可能性モジュール114の一実施例を示す。
機械学習解釈可能性モジュール114は、以下の2つのステージにおいて動作することができる。第1のステージは、訓練データ106及び訓練済みモデル110に基づく過去のSHAP値202と、訓練済みモデル110及び予測112に基づく将来のSHAP値204と、の計算を備えることができる。
一旦、過去のSHAP値202及び将来のSHAP値204が計算されると、それらは、第2のステージにおいて用いられ、過去のSHAP値202と将来のSHAP値204との類似性測度206が計算される。
次に、類似性測度206は、ユーザのために説明出力116として出力可能である。説明出力116は、視覚的とすることができ、グラフィカル・ユーザ・インタフェース118を含んでもよいので、ユーザは、結果と相互作用することができる。
いくつかの実施例において、ヒューリスティック関数は、過去のSHAP値202と将来のSHAP値204との差及び過去の特徴値と将来の特徴値との差の両方の組み合わせを含むことによって、類似性測度206の計算において用いることができる。
いくつかの実施例において、各点(過去又は予想のいずれか)は、特徴ベクトル及びSHAPベクトルが与えられる。特徴ベクトルは、単に、データ点の所定の特徴に割り当てられる数値の順序列である。同様に、SHAPベクトルは、単に、データ点の所定のSHAP特性に割り当てられる数値の順序列である。
いくつかの実施例において、類似性測度は、各点に関連付けられたベクトル間の距離によって測定されるように、予想データ点と訓練データ点との類似性を意味することができる。例えば、特徴類似性の測度は、訓練データ点の特徴ベクトルと予想点の特徴ベクトルとの間の距離を計算することによって取得可能である。同様に、SHAP類似性の測度は、訓練データ点のSHAPベクトルと予想点のSHAPベクトルとの間の距離を計算することによって取得可能である。
いくつかの実施例において、ヒューリスティック関数は、特徴距離及びSHAP距離の組み合わせとすることができる。
ヒューリスティック関数の実例
時系列において、各訓練データ点は、以下の特徴、すなわち、年、月、年の週、曜日、季節などを有することができる。季節に関して、数値を季節に割り当てることができる(例えば、冬には’0’、夏には’1’又は冬には’0’、春には’1’、夏には’2’及び秋には’3’)。特徴ベクトルは、データ点における属性又は値に関する情報を提供しなかった。例えば、リード時系列のために、特徴ベクトルは、いかなる所定のデータ点のリード時間に関する情報も提供せず、それは、そのデータ点の特徴に関する情報を提供するだけである。
所定の予想点’P’のために、’P’の特徴ベクトルは、’P’の特徴に基づいて取得される。各訓練データ点’H’はまた、それ自身の特徴ベクトルを有する。各訓練データ点’H’と予想点’P’との特徴類似性は、ベクトル間のユークリッド距離を計算するための標準的な技法によって計算可能である。
同様に、予想点’P’のために、’P’のSHAPベクトルが計算される。各訓練データ点’H’のSHAPベクトルもまた計算される。特徴ベクトルとは異なり、SHAPベクトルは、データ点に関連付けられた属性又は値に関する情報を含む。例えば、リード時間が予想される場合、SHAPベクトルは、問題のデータ点のためのリード時間に関する情報を含む。各訓練データ点’H’と予想点’P’とのSHAP類似性は、ベクトル間のユークリッド距離を計算するための標準的な技法によって計算可能である。
特徴距離及びSHAP距離の両方を含む単純なヒューリスティック関数HFは、以下のように公式化可能である。
’a’の値は、0と1の間に調整可能である。a=0のとき、ヒューリスティック関数は、特徴類似性のみを提供する。a=1のとき、ヒューリスティック関数は、SHAP類似性のみを提供する。
図3A、図3B及び図3Cは、一実施例に従うヒューリスティック関数の実例300を示す。これらの図の各々において、過去のリード時間データ318は、大体2016年9月1日から大体2017年11月30日まで示され、一方、予想リード時間320は、大体2016年12月1日から大体2018年11月30日の間に示される。
さらに、図3A、図3B及び図3Cの各々は、SHAPスケール322を示し、SHAPスケール322は、(図3Aに示すように)最小値’0’から(図3Cに示すように)最大値’100’まで変化する。SHAPスケール322の値は、’a’×100の値に等しく、ここで、’a’は式1で定義される。すなわち、a=1である場合、SHAPスケール値は100であり、’a’=0.5である場合、SHAPスケール値は50に等しいなどである。すなわち、SHAPスケール値は、上述の式1で定義されるヒューリスティック関数のSHAP距離のスライディング値を表現する。
加えて、図3A、図3B及び図3Cの各々は、予想リード時間320におけるさまざまな点を示す予想点スケール328を示す。図において、予想点スケール328は’151’に設定され、それは、予想点308に対応する。
SHAP及び特徴類似性は、図3A、図3B及び図3Cの各々における予想点308に対する訓練データ点のために示される。さらに、各図は、勾配キーを示す(図3Aの勾配キー310、図3Bの勾配キー312及び図3Cの勾配キー314)。各図において、勾配キーによる訓練データ点の濃淡が暗いほど、予想点308に対する訓練データ点のその影響又は重みが大きい。図面はグレイスケールで示されるが、グラフィック・ディスプレイがカラーであると理解される。
図3Aは、SHAPスケール322の値がゼロに等しい場合を示す。すなわち、式(1)において’a’=0であり、これは、ヒューリスティック関数が特徴類似性プロット302のみを表現することを意味する。結果として生じる特徴類似性プロット302は、過去のリード時間データ318における最も暗い点が、(2018年5月15日に近い)予想点308のために、2017年3月1日から2017年7月1日の範囲における訓練データ点の間に発生することを示す。すなわち、最も暗い勾配を有するこれらの点は、最大の類似性が、予想点308のために、2017年3月1日から2017年7月1日の範囲における訓練データ点の間に発生することを示す。これらが予想点308に類似の日付(すなわち特徴)を有する訓練データ点であるので、これは驚くべきことではない。リード時間は、特徴類似性と関係がない。
図3Bは、SHAPスケール322の値が50に等しい場合を示す。すなわち、式(1)において’a’=0.5であり、これは、ヒューリスティック関数が、半分の特徴、半分のSHAPプロット304を表現することを意味する。結果として生じる半分の特徴、半分のSHAPプロット304は、最大の類似性が、最も暗い勾配を有する点によって推定されるように、(2018年5月15日に近い)予想点308のために、2017年4月15日から2017年6月15日の範囲における訓練データ点の間に発生することを示す。どのように、類似性範囲が、(特徴類似性のみを有する)図3Aに示される2017年3月1日から2017年7月1日の範囲から、(半分の特徴、半分のSHAP類似性を有する)図3Bの2017年4月15日から2017年6月15日までに狭くなったのかに留意されたい。
図3Cは、SHAPスケール322の値が100に等しい場合を示す。すなわち、式(1)において’a’=1.0であり、これは、ヒューリスティック関数がSHAP類似性プロット306を表現することを意味する。結果として生じるSHAP類似性プロット306は、最大のSHAP類似性が、(2018年5月15日に近い)予想点308のために、2017年5月1日頃の訓練データ点の間に発生することを示す。どのように、図3Cの類似性範囲が、図3Aに示される特徴類似性プロット302から、及び、図3Bに示される半分の特徴、半分のSHAPプロット304から、連続して狭くなったのかに留意されたい。
図3Cはまた、予想点308のSHAP値316を示し、SHAP値316は、予想点308のための過去のリード時間データ318における最も重要な特徴とは、曜日が1に等しいときであることを示し、これは、(他の曜日とは対照的に)予想リード時間を7.6日まで低下させる。訓練データを見ると、SHAP類似性に基づいて、2017年5月1日頃の1つの訓練データ点は、予想点308のそれと類似のリード時間を有する。過去のこの点を見ることは、なぜ、この予測された点(すなわち予想点308)がそれのそばの予想点より低い予測されたリード時間が与えられたかについて、なんらかの説明を提供することができる。予想点308の隣の予想点のために、曜日は’1’とは異なる値を有し、それは、SHAP値316によれば、予想に最小の影響を与える。それゆえ、予想点308に隣接した任意の点は、リード時間が予想点308によって示される範囲まで減少することを示さない。
予想点308のための過去のリード時間データ318において次に最も重要な特徴は、月が5に等しい(すなわち、5月の月)である。
図4は、一実施例に従う実例400を示す。
図4において、過去及び将来のSHAP値の差は、2つの隣接する予想点308及び予想点404のために示される。SHAP類似性プロット306及びSHAP値316は、図3Cに示される対応する図と同一である。
予想点404は、予想点308の1日後である。
予想点308のために、予想リード時間を7.6日まで低下させる際の最大の影響は、SHAP値316に示すように、曜日が1であるときである。予想点404のために、予想リード時間は、SHAP値406で示すように、22にジャンプする。さらに、曜日は、予測リード時間を低下させる際に影響を有さない。予想点308とは異なり、19に設定される年の週は、予想点404のための最高の影響を有する。図面はグレイスケールで示されるが、グラフィック・ディスプレイがカラーであると理解される。
図5は、一実施例に従う実例500を示す。
グラフ502は、リード時間対日付の実例を示し、過去データ504及び予測506の両方を示す。図5において、(矢印によって示される7月5日頃の)予測点508が強調される。実例500において、特徴は、年、年の月、年の週、年の日及び季節(例えば、冬には’0’、夏には’1’)である。
予測点508のSHAP値510は、予測点508が1.00(出力値)の予想リード時間を有することを示す。値28の年の週は、予想に対して最大の影響を及ぼし、一方、年(2018)は、次に影響を及ぼす。曜日は、予想に対する影響に関して次であり、曜日が5以外である場合、リード時間の結果として生じる予想はより高い。(値’1’を有する)季節は、予測点508に対して最小の影響を及ぼす。
予測点508に対する各訓練データ点の影響は、上述したように、過去のSHAPベクトル距離と特徴ベクトル距離との組み合わせを含むヒューリスティック関数の勾配キー512によって示される。図5において、SHAPスケール322の値は50であり、これは、式(1)における’1’=0.5に対応する。図面はグレイスケールで示されるが、グラフィック・ディスプレイがカラーであると理解される。
図5において、(SHAPスケール322によって示される)(100のうちの)50のスライディング・スケール値が、ヒューリスティック関数の評価において用いられ、これは、特徴ベクトル距離及び過去のSHAPベクトル距離が、等しくヒューリスティック関数の評価に組み込まれることを意味する。
図6は、一実施例に従うフローチャート600を示す。
フローチャート600は、(予想上の)訓練データ点の影響が提供される機械学習解釈可能性の他の実施例を示す。影響は、SHAP特性により測定されないが、その代わりに、その訓練データ点の除去は、どのように予想に影響を及ぼすかに影響する。
ブロック604で、訓練データを用いて、機械学習モデルを訓練する。ブロック606で、モデルを用いて予測を行う。予測に対する各訓練データ点の影響の測度を取得するために、各訓練データ点は、(ブロック608で)個々に除去され、ブロック610で、変更されたか又は新しい訓練データ・セットを形成し、ブロック612で、モデルは新しいデータ・セットに関して再訓練され、ブロック614で、新しい予測が行われる。ブロック616で、(ブロック614で行われた)予測の結果は、(ブロック606で行われた)完全な訓練データ・セットを用いた予測の結果と比較される。比較は、任意の数の公知技術の方法で行ってもよい。次に、ブロック618で、除去された点は、除去されたデータ点の影響の測度とともに訓練データ・セットに戻される。影響の測度の実施例は後述される。
これが除去のためにサンプリングされた最後のデータ点ではない場合(決定ブロック620)、ブロック622で、新しい訓練データ点が除去され、ブロック610で、手順は、新しい訓練データ・セットを用いて繰り返される。
一方、除去のためにサンプリングすべきデータ点がない場合、ブロック624で、方法は終了し、各訓練データ点のための影響の測度を提供する。
特定の訓練データ点の除去が、結果として生じる訂正されたデータ予想の変化につながらない場合、その特定の訓練データ点は、予測に影響を与えない。完全なデータ予想からの訂正されたデータ予想の変化が大きいほど、予想に対する特定の訓練データ点の影響は大きい。
影響の測度は、公知技術の任意の好適な方法でユーザに提供可能である。いくつかの実施例において、各訓練データ点の影響の測度は、視覚的にグラフ形式で示される。いくつかの実施例において、各訓練データ点の影響の測度は、視覚的に表形式で示される。
図7は、機械学習解釈可能性の一実施例に従う実例700を示す。フローチャート600を用いて、図示する実例700を取得した。
2016年9月1日頃から2018年1月7日頃までの(黒丸によって示される)リード時間の過去データ702を用いて、機械モデルを訓練し、完全なデータ予想704を導いた。
図7において、(2017年3月25日頃の)過去データ点712は、訓練データ・セットから除去される。(過去データ点712の除去に基づいて)改訂された予測は、訂正されたデータ予想706として示され、それは、ほとんどの場合、2018年1月8日頃から2019年1月8日頃までの予想範囲の全体にわたって、完全なデータ予想704より低い。完全なデータ予想704と訂正されたデータ予想706の差は、従来技術における周知の手段によって評価可能であり、差は、過去データ点712のための差分値が与えられる。
図7において、残りの訓練データ点のすべて(すなわち、過去データ点712を除く過去データ702)は、過去データ点712のために上述した手順を受け、すでに差分値が与えられた。これは、過去データ702のさまざまな点の濃淡によって示される。図面はグレイスケールで示されるが、グラフィック・ディスプレイがカラーであると理解される。
図7において、勾配キー714は、訓練データ点の濃淡が薄いほど、予想に対するその影響が低いことを示す測度として用いられる。例えば、勾配キー714によるとほぼ白いデータ点710は、予想に対する最小の影響を有する。一方、(2017年8月1日頃の)データ点のグループ708は、勾配キー714によると暗く、予想に対して大きい影響を有する。
特定の訓練データ点の除去が、結果として生じる訂正されたデータ予想の変化につながらない場合、その特定の訓練データ点は、予測に影響を与えない。完全なデータ予想からの訂正されたデータ予想の変化が大きいほど、予想に対する特定の訓練データ点の影響は大きい。
ユーザは、高い影響のデータ点又は低い影響のデータ点のパターンを探すことによって、過去データ702のカラー勾配から、さらなる情報を収集することができる。これは、グラフィカル・ユーザ・インタフェースを介して達成可能であり、グラフィカル・ユーザ・インタフェースにより、ユーザは、過去データ702に従って異なるデータ点を選択することができ、どのように、結果として生じる訂正されたデータ予想706が、完全なデータ予想704に対して変化するのかを見ることができる。
図8は、機械学習解釈可能性の一実施例に従うシステム800を示す。
システム・サーバ802は、機械学習アルゴリズム、機械学習解釈可能性モジュール及び他のモジュール及び/又はアルゴリズムを備え、SHAPアルゴリズムのライブラリへのアクセスを含む。機械学習記憶装置812は、機械学習アルゴリズムを訓練するのに用いられる訓練データを含むことができる。
システム800は、システム・サーバ802、機械学習記憶装置812、クライアント・データ・ソース822及び1つ又は複数のデバイス814、816及び818を含む。システム・サーバ802は、メモリ808、ディスク804、プロセッサ806及びネットワーク・インタフェース820を含むことができる。1つのプロセッサ806が示されるが、システム・サーバ802は、1つ又は複数のプロセッサを備えることができる。いくつかの実施例において、不揮発性メモリとすることができるディスク804と比較して、メモリ808は、揮発性メモリとすることができる。いくつかの実施例において、システム・サーバ802は、ネットワーク810を介して機械学習記憶装置812、クライアント・データ・ソース822並びに1つ又は複数の外部装置814、816及び818と通信することができる。機械学習記憶装置812は、システム・サーバ802と別個として示されるが、機械学習記憶装置812はまた、システム・サーバ802内の別個の構成要素として、又は、メモリ808及びディスク804の少なくとも一方の部分としてシステム・サーバ802内に組み込み可能である。
システム800はまた、追加の特徴及び/又は機能性を含むことができる。例えば、システム800はまた、磁気ディスク又は光学ディスク又はテープを含むがこれらに限定されるものではない追加の記憶装置(取り外し可能及び/又は取り外し不可能)を含むことができる。この種の追加の記憶装置は、図8ではメモリ808及びディスク804によって示される。記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラム・モジュール又は他のデータのような情報の記憶のための任意の方法又は技術において実装される揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体を含むことができる。メモリ808及びディスク804は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体の実例である。非一時的コンピュータ可読媒体はまた、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュ・メモリ及び/又はその他のメモリ技術、コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)及び/又は他の光学式記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又はその他の磁気記憶デバイス及び/又は所望の情報を格納するのに用いることができ且つシステム800によってアクセス可能な他の任意の媒体を含むが、これらに限定されるものではない。任意のこの種の非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、システム800の部分とすることができる。
システム・サーバ802と、機械学習記憶装置812と、1つ又は複数の外部装置814、91及び818と、の間のネットワーク810を介した通信は、さまざまなネットワーク・タイプ上とすることができる。いくつかの実施例において、プロセッサ806は、ネットワーク・インタフェース820を介してネットワーク810と通信するように配置されてもよい。ネットワーク・インタフェース820は、ネットワーク810と通信することができる。ネットワーク・インタフェース820は、直接結合、イーサネット(登録商標)(例えば、ツイスト・ペア10/40/400ベースT)、伝送制御プロトコル/インターネット・プロトコル(TCP/IP)、トークン・リング、IEEE802.11a/b/g/n/xなどを含むがこれらに限定されるものではない接続プロトコルを使用してもよい。非限定的な実例のネットワーク・タイプは、ファイバ・チャネル、スカジー(SCSI)、ブルートゥース(登録商標)、イーサネット(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)、赤外線通信(IrDA)、ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)、無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)、ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)、例えばインターネット、シリアル及びユニバーサル・シリアル・バス(USB)を含むことができる。一般的に、システム800のさまざまな構成要素の間の通信は、配線接続、セルラー、Wi-Fi又はブルートゥースのネットワーク構成要素などを通じて行われてもよい。いくつかの実施例において、システム800の1つ又は複数の電子デバイスは、クラウド・ベースの特徴、例えばクラウド・ベースのメモリ記憶装置を含んでもよい。
機械学習記憶装置812は、「メモリ内の」データベースを実装してもよく、「メモリ内の」データベースでは、揮発性の(例えば、非ディスク・ベースの)記憶装置(例えば、ランダム・アクセス・メモリ)は、キャッシュ・メモリのため、及び、動作の間全データベースを格納するための両方に用いられ、永続記憶装置(例えば、1つ又は複数の固定ディスク)は、オフライン永続及びデータベース・スナップショットの維持のために用いられる。代替的には、揮発性記憶装置を、最近使用されたデータを格納するためのキャッシュ・メモリとして用いてもよく、永続記憶装置は、全データベースを格納する。
機械学習記憶装置812は、データの構造、関係及び意味に関するメタデータを格納してもよい。この情報は、データ内に格納されるデータベース・テーブルのスキーマを定義するデータを含んでもよい。データベース・テーブル・スキーマは、データベース・テーブルの名称、データベース・テーブルの列、各列に関連付けられたデータ型及びデータベース・テーブルに関連付けられた他の情報を特定してもよい。機械学習記憶装置812は、追加的又は代替的に、互いからプログラム的に分離される複数の論理的データベース・システムを提供することにより、マルチテナンシーを支持してもよい。さらに、データにインデックスを付ける及び/又はデータをインデックスで選択的に複製し、高速な探索及びその検索を可能にしてもよい。加えて、機械学習記憶装置812は、システム・サーバ802によってアクセスされる多くの機械学習モデルを格納することができる。多くのMLモデルを用いることができる。
機械学習が用いられるいくつかの実施例において、勾配ブースティング・ツリー、アンサンブル・ツリー及びサポート・ベクター回帰を用いることができる。機械学習のいくつかの実施例において、1つ又は複数のクラスタリング・アルゴリズムを用いることができる。非限定的な実例は、階層的クラスタリング、k平均法、混合モデル、ノイズのあるアプリケーションの密度ベース空間クラスタリング及びordering points to identify the clustering structureを含む。
機械学習のいくつかの実施例において、1つ又は複数の異常検出アルゴリズムを用いることができる。非限定的な実例は、局所外れ値因子法を含む。
機械学習のいくつかの実施例において、ニューラル・ネットワークを用いることができる。
クライアント・データ・ソース822は、ユーザから、あらゆる位置でのクライアントの製品のすべての販売記録を示す販売時点情報管理データ、あらゆる位置でのクライアントの製品のすべての在庫履歴、すべての位置でのすべての製品に関する販促キャンペーン詳細、及び、あらゆる位置でのクライアントの製品の販売に重要な/関連するイベントを含むがこれらに限定されるものではないさまざまな生データを提供してもよい。
ネットワーク・インタフェース820及びネットワーク810を用いて、システム・サーバ802は、1つ又は複数のデバイス814、816及び818と通信してもよい。これらのデバイス814、816及び818は、パーソナル・コンピュータ、サーバ、さまざまなモバイル機器、例えば、携帯電話、スマートフォン(例えば、アップルiPhone(登録商標)、ブラックベリー、Androidベースの電話など)、タブレット型コンピュータ、電子書籍リーダー(アマゾン・キンドル、ヌークなど)、ラップトップ・コンピュータ、ノートブック、ゲーム機(マイクロソフトXbox、任天堂DS、ソニー・プレイステーションなど)などを含んでもよいが、これらに限定されるものではない。
ネットワーク810を用いて、システム・サーバ802は、機械学習記憶装置812及びクライアント・データ・ソース822からデータを検索することができる。検索したデータは、メモリ808又はディスク804内に保存可能である。いくつかの実施例において、システム・サーバ802はまた、ウェブ・サーバを備え、ウェブ・ブラウザに表示されるのに適したフォーマットに、リソースをフォーマットすることができる。
一旦、予備的な機械学習結果が1つ又は複数のデバイスのいずれかに提供されると、ユーザは結果を訂正することができ、その結果は、さらなる実行のために機械学習記憶装置812に再送される。結果は、次に機械学習記憶装置812に送信される1つ又は複数のデータ・ファイルとの相互作用によって、又は、1つ又は複数のデバイス814、816及び818でのユーザ・インタフェースを通して訂正可能である。例えば、デバイス816では、ユーザは、グラフィカル・ユーザ・インタフェースを用いて結果を訂正することができる。
上述したフローチャートに関するものを含む上述したアルゴリズムについては別個に説明したが、本明細書で開示したアルゴリズムの任意の2つ以上は、任意の組み合わせで組み合わせ可能であることを理解されたい。本明細書で説明した方法、モジュール、アルゴリズム、実装形態又は手順のいずれも、(a)プロセッサ、(b)コントローラ及び/又は(c)任意の他の好適な処理デバイスによる実行のための機械可読命令を含むことができる。本明細書で開示したどのアルゴリズム、ソフトウェア又は方法も、例えば、フラッシュ・メモリ、CD-ROM、フロッピー(登録商標)・ディスク、ハード・ドライブ、デジタル多用途ディスク(DVD)又は他のメモリ・デバイスなど、非一時的有形媒体上に記憶されたソフトウェアにおいて実施可能であるが、当業者は、アルゴリズム全体及び/又はそれの一部が、代替的に、コントローラ以外のデバイスによって実行可能であり、及び/又は、よく知られている様式でファームウェア又は専用のハードウェアにおいて実施可能である(例えば、それは、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブル論理デバイス(PLD)、フィールド・プログラマブル論理デバイス(FPLD)、ディスクリート論理などによって実装されてもよい)ことを容易に認識するものである。さらに、本明細書において示されたフローチャートを参照しながら特定のアルゴリズムについて説明したが、当業者は、例示的な機械可読命令を実装する多くの他の方法が代替的に使用されてもよいことを容易に認識するものである。例えば、ブロックの実行の順序は変更可能であり、及び/又は、説明したブロックのいくつかは、変更、削除又は組み合わせてもよい。
本明細書で示し、議論したアルゴリズムは、特定の機能を実行し、互いに対話するさまざまなモジュールを有することに留意されたい。これらのモジュールは、単に、説明のためにそれらの機能に基づいて分離され、また、コンピュータ・ハードウェア及び/又は適切なコンピューティング・ハードウェア上での実行のためにコンピュータ可読媒体上に記憶された実行可能なソフトウェア・コードを表すことを理解されたい。異なるモジュール及びユニットのさまざまな機能は、ハードウェアとして及び/又は任意の様式でモジュールとして上記のように非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されたソフトウェアとして組み合わせ可能又は分離可能であり、別個に又は組み合わせで使用可能である。
主題の特定の実施例が記載されてきた。他の実施例は、以下の特許請求の範囲内である。例えば、特許請求の範囲において詳述される動作は、異なる順番で実行可能であり、依然として望ましい結果を達成することができる。1つの実例として、添付の図面において描写されるプロセスは、望ましい結果を達成するために、必ずしも示される特定の順番又は順序を必要とするわけではない。特定の実施態様では、マルチタスク及び並列処理が有利であり得る。

Claims (18)

  1. 方法であって、
    プロセッサによって、訓練データを用いて回帰機械学習モデルを訓練するステップと、
    前記プロセッサによって、訓練済みモデルに基づいて予測を予測するステップと、
    機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データ、前記訓練済みモデル及び前記予測を受信するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データ及び前記予測の特性を比較するステップと、
    を含み、
    特性を比較するステップは、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データから訓練データ点を除去し、訂正された訓練データ・セットを形成するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訂正された訓練データ・セットにおいて前記訓練済みモデルを再訓練するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訂正された訓練データ・セットに基づいて予測し、訂正された予測を提供するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測と前記訂正された予測との差を比較するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記差に基づいて、影響の測度を前記除去された訓練データ点に割り当てるステップと、
    を含む、方法。
  2. 特性を比較するステップは、前記訓練データ、前記予測並びに前記訓練データ及び前記予測の前記特性の視覚化を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 特性を比較するステップは、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、各訓練データ点のヒューリスティック関数の値を決定するステップを含み、
    前記予測は、複数の予測されたデータ点を備え、
    前記ヒューリスティック関数は、各訓練データ点のSHAP(SHapley Additive exPlanations)値と、前記予測されたデータ点のSHAP値と、前記訓練データ点の特徴値と、前記予測されたデータ点の特徴値と、を組み込む、
    請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ヒューリスティック関数は、SHAP距離及び特徴距離の組み合わせを備え、
    前記SHAP距離は、訓練データ点のSHAPベクトルと予測されたデータ点のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離であり、
    前記特徴距離は、訓練データ点の特徴ベクトルと予測されたデータ点の特徴ベクトルとの間のユークリッド距離であり、
    前記SHAPベクトルは、データ点のSHAP値の順序列であり、
    前記特徴ベクトルは、データ点の特徴値の順序列である、請求項3に記載の方法。
  5. 特性を比較するステップは、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測の1つ又は複数の点のSHAP値を決定するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データの1つ又は複数の点のSHAP値を決定するステップと、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測の前記1つ又は複数の点の各々のために、前記予測点の前記SHAP値と前記訓練データの前記1つ又は複数の点の各々の前記SHAP値との差を決定するステップと、
    を含む、請求項1又は2に記載の方法。
  6. 前記差は、前記予測点のSHAPベクトルと前記訓練データの前記1つ又は複数の点の各々のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離である、請求項5に記載の方法。
  7. システムであって、
    プロセッサと、
    命令を格納するメモリと、
    を備え、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記システムが、
    プロセッサによって、訓練データを用いて回帰機械学習モデルを訓練し、
    前記プロセッサによって、訓練済みモデルに基づいて予測を予測し、
    機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データ、前記訓練済みモデル及び前記予測を受信し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データ及び前記予測の特性を比較
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データから訓練データ点を除去し、訂正された訓練データ・セットを形成し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訂正された訓練データ・セットにおいて前記訓練済みモデルを再訓練し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訂正された訓練データ・セットに基づいて予測し、訂正された予測を提供し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測と前記訂正された予測との差を比較し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記差に基づいて、影響の測度を前記除去された訓練データ点に割り当てる
    ように構成するシステム。
  8. 前記訓練データ、前記予測並びに前記訓練データ及び前記予測の前記特性の視覚化を提供するようにさらに構成される、請求項に記載のシステム。
  9. 前記機械学習解釈可能性モジュールによって、各訓練データ点のヒューリスティック関数の値を決定するようにさらに構成され、
    前記予測は、複数の予測されたデータ点を備え、
    前記ヒューリスティック関数は、各訓練データ点のSHAP値と、前記予測されたデータ点のSHAP値と、前記訓練データ点の特徴値と、前記予測されたデータ点の特徴値と、を組み込む、請求項又はに記載のシステム。
  10. 前記ヒューリスティック関数は、SHAP距離及び特徴距離の組み合わせを備え、
    前記SHAP距離は、訓練データ点のSHAPベクトルと予測されたデータ点のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離であり、
    前記特徴距離は、訓練データ点の特徴ベクトルと予測されたデータ点の特徴ベクトルとの間のユークリッド距離であり、
    前記SHAPベクトルは、データ点のSHAP値の順序列であり、
    前記特徴ベクトルは、データ点の特徴値の順序列である、請求項に記載のシステム。
  11. 前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測の1つ又は複数の点のSHAP値を決定し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データの1つ又は複数の点のSHAP値を決定し、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測の前記1つ又は複数の点の各々のために、前記予測点の前記SHAP値と前記訓練データの前記1つ又は複数の点の各々の前記SHAP値との差を決定する、
    ようにさらに構成される、請求項又はに記載のシステム。
  12. 前記差は、前記予測点のSHAPベクトルと前記訓練データの前記1つ又は複数の点の各々のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離である、請求項11に記載のシステム。
  13. 命令を含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令は、コンピュータによって実行されると、前記コンピュータに、
    プロセッサによって、訓練データを用いて回帰機械学習モデルを訓練させ、
    前記プロセッサによって、訓練済みモデルに基づいて予測を予測させ、
    機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データ、前記訓練済みモデル及び前記予測を受信させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データ及び前記予測の特性を比較させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データから訓練データ点を除去し、訂正された訓練データ・セットを形成させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訂正された訓練データ・セットにおいて前記訓練済みモデルを再訓練させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訂正された訓練データ・セットに基づいて予測し、訂正された予測を提供させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測と前記訂正された予測との差を比較させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記差に基づいて、影響の測度を前記除去された訓練データ点に割り当てさせる
    非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
  14. 命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、前記コンピュータに、前記訓練データ、前記予測並びに前記訓練データ及び前記予測の前記特性の視覚化を提供させる、請求項13に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  15. 命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、前記コンピュータに、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、各訓練データ点のヒューリスティック関数の値を決定させ、
    前記予測は、複数の予測されたデータ点を備え、
    前記ヒューリスティック関数は、各訓練データ点のSHAP値と、前記予測されたデータ点のSHAP値と、前記訓練データ点の特徴値と、前記予測されたデータ点の特徴値と、を組み込む、請求項13又は14に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  16. 前記ヒューリスティック関数は、SHAP距離及び特徴距離の組み合わせを備え、
    前記SHAP距離は、訓練データ点のSHAPベクトルと予測されたデータ点のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離であり、
    前記特徴距離は、訓練データ点の特徴ベクトルと予測されたデータ点の特徴ベクトルとの間のユークリッド距離であり、
    前記SHAPベクトルは、データ点のSHAP値の順序列であり、
    前記特徴ベクトルは、データ点の特徴値の順序列である、請求項15に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  17. 命令は、コンピュータによって実行されるとさらに、前記コンピュータに、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測の1つ又は複数の点のSHAP値を決定させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記訓練データの1つ又は複数の点のSHAP値を決定させ、
    前記機械学習解釈可能性モジュールによって、前記予測の前記1つ又は複数の点の各々のために、前記予測点の前記SHAP値と前記訓練データの前記1つ又は複数の点の各々の前記SHAP値との差を決定させる、請求項13又は14に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
  18. 前記差は、前記予測点のSHAPベクトルと前記訓練データの前記1つ又は複数の点の各々のSHAPベクトルとの間のユークリッド距離である、請求項17に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
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