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xGrove Python Package

Das xgrove-Paket bietet eine Klasse zur Berechnung von "Surrogate Groves", um Entscheidungsbäume zu interpretieren. Es ist inspiriert von Methoden aus dem Bereich der Interpretable Machine Learning (IML) und bietet eine Reihe von Funktionen zur Analyse und Visualisierung von Entscheidungsbaumstrukturen.

Installation

Stelle sicher, dass die erforderlichen Abhängigkeiten installiert sind:

pip install -r requirements.txt

Klassen und Methoden

Klasse: xgrove

Die Hauptklasse xgrove wird verwendet, um "Surrogate Groves" zu erstellen und statistische Analysen durchzuführen.

Konstruktor

xgrove(
    model, 
    data: pd.DataFrame, 
    ntrees: np.array = np.array([4, 8, 16, 32, 64, 128]), 
    pfun = None, 
    shrink: int = 1, 
    b_frac: int = 1, 
    seed: int = 42, 
    grove_rate: float = 1
)
Parameter:
  • model: Das zu analysierende Modell, typischerweise ein beliebiges ML-Modell.
  • data: Ein pandas.DataFrame, das die Eingabedaten enthält.
  • ntrees: Ein np.array, das die Anzahl der Bäume im Grove angibt.
  • pfun: Eine Funktion zur Erstellung des Surrogate-Ziels. Falls None, wird das Modell zur Vorhersage genutzt.
  • shrink: Der Shrinkage-Faktor für das Gradient Boosting.
  • b_frac: Die Fraktion der Stichprobe, die verwendet wird.
  • seed: Der Seed für die Reproduzierbarkeit.
  • grove_rate: Die Lernrate für das Grove.

Methode: getSurrogateTarget()

Erzeugt das Surrogate-Ziel basierend auf den Eingabedaten und dem Modell oder der benutzerdefinierten pfun.

def getSurrogateTarget(self, pfun):
    if self.pfun is None:
        target = self.model.predict(self.data)
    else:
        target = pfun(model=self.model, data=self.data)
    return target

Methode: getGBM()

Erzeugt ein Gradient Boosting Modell (GBM) mit den angegebenen Parametern.

def getGBM(self):
    grove = GradientBoostingRegressor(
        n_estimators=self.ntrees,
        learning_rate=self.shrink,
        subsample=self.b_frac
    )
    return grove

Methode: encodeCategorical()

Codiert kategoriale Variablen mithilfe von One-Hot-Encoding (OHE).

def encodeCategorical(self):
    categorical_columns = self.data.select_dtypes(include=['object', 'category']).columns
    data_encoded = pd.get_dummies(data, columns=categorical_columns)
    return data_encoded

Methode: upsilon()

Berechnet die Upsilon-Statistik, die das Verhältnis zwischen erklärtem und unerklärtem Fehler angibt, sowie die Korrelation zwischen den Vorhersagen des Modells und den echten Werten.

def upsilon(self, pexp):
    ASE = statistics.mean((self.surrTar - pexp) ** 2)
    ASE0 = statistics.mean((self.surrTar - statistics.mean(self.surrTar)) ** 2)
    ups = 1 - ASE / ASE0
    rho = statistics.correlation(self.surrTar, pexp)
    return ups, rho

Methode: get_result()

Gibt eine Liste der zentralen Ergebnisse zurück: Erklärung, Regeln, Groves und Modell.

def get_result(self):
    res = [self.explanation, self.rules, self.groves, self.model]
    return res

Methode: plot()

Eine Methode zur Erstellung eines Upsilon-Rules-Plots für den Surrogate Grove. Diese Methode funktioniert ähnlich wie die Plotfunktion in R.

def plot(self, abs="rules", ord="upsilon"):
    i = self.explanation.columns.get_loc(abs)
    j = self.explanation.columns.get_loc(ord)
    plt.plot(self.explanation.iloc[:, i], self.explanation.iloc[:, j], label=f"{abs} vs {ord}", marker="o")
    plt.xlabel(abs)
    plt.ylabel(ord)
    plt.title("Upsilon-Rules Curve")
    plt.show()

Methode: calculateGrove()

Berechnet die Performance des Modells und extrahiert Groves sowie die dazugehörigen Regeln. Diese Methode füllt die Erklärungs- und Interpretationsdaten und ruft am Ende die upsilon-Methode auf, um den Upsilon-Wert zu berechnen.

def calculateGrove(self):
    explanation = []
    groves = []
    interpretation = []

    # Für jede Anzahl an Bäumen
    for nt in self.ntrees:
        predictions = self.surrGrove.staged_predict(self.data)
        predictions = [next(predictions) for _ in range(nt)][-1]
        rules = []
        
        # Extrahiere Regeln aus den Entscheidungsbäumen
        for tid in range(nt):
            tree = self.surrGrove.estimators_[tid, 0].tree_
            for node_id in range(tree.node_count):
                if tree.children_left[node_id] != tree.children_right[node_id]:  # Splitsnode
                    rule = {
                        'feature': tree.feature[node_id],
                        'threshold': tree.threshold[node_id],
                        'pleft': tree.value[tree.children_left[node_id]][0][0],
                        'pright': tree.value[tree.children_right[node_id]][0][0]
                    }
                    rules.append(rule)
            rules_df = pd.DataFrame(rules)
            groves.append(rules_df)

        # Berechne Upsilon und Korrelation
        upsilon, rho = self.upsilon(predictions)

        # Ergebnisse speichern
        explanation.append([nt, len(rules_df), upsilon, rho])

    # Ergebnisdaten aufbereiten
    groves = pd.DataFrame(groves)
    explanation = pd.DataFrame(explanation, columns=["trees", "rules", "upsilon", "cor"])
    
    self.explanation = explanation
    self.rules = groves
    self.model = self.surrGrove

    self.result = self.get_result()
    return self.result

Metadata

Release files for xgrove 1.0

For a detailed explanation of source distributions (sdists) and built distributions (wheels), please see the package formats documentation.

Source distribution (sdist)

Source distribution for xgrove 1.0
File Size Uploaded
xgrove-1.0.tar.gz 11.2 kB Details

Built distribution (wheel)

Table of built distributions (wheels) for xgrove 1.0
File Interpreter ABI Platform
xgrove-1.0-py3-none-any.whl Python 3 none any Details

Total release size: 25.1 kB

Release files / xgrove-1.0.tar.gz

Download URL xgrove-1.0.tar.gz
Size 11.2 kB
Tags Source
SHA-256 checksum
How to use checksums
6ae3c0729a0959688c78f977597b215393673269a82cb308f6dde5b5642a44d4
BLAKE2b-256 checksum
How to use checksums
9e3277183bf95a371dc94f56d3e5804358e2072acbc45abe3cec94ef9c32d9d2
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Tags Python 3
SHA-256 checksum
How to use checksums
fee56bf14170d7cbd76043c955550a84eb903bf581f255c03cea7813170826ad
BLAKE2b-256 checksum
How to use checksums
483d888af580d1f88b96c5e72a6e587342f1e480189d67f0e346a28c4f47ab16
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