神经网络模型特征重要性-谷歌解决方案-轻识

背景

树模型的特征重要性是相对容易计算出来的，那么对于神经网络我们该如何得到其特征重要性呢？网上的方法包括permutation importance, null importance, 随机对特征进行mask等方法，本文要介绍的是牛津大学和谷歌提出的基于Gated Residual Networks (GRN) and Variable Selection Networks (VSN)的特征重要性计算方法。

使用GRN计算特征重要性的基本逻辑

提供特征列和target列，特征根据数据类型指定为数值型或离散型；

将数据划分为验证集和训练集；

在训练集上，根据第一步提供的列定义，对数值型特征分别进行归一化，对离散型特征进行embedding(相当于给每一列离散特征创建一个类别词典)，然后将两者拼接后传给GRN模块，计算得到每个特征的权重，再将权重和前面拼接后的结果按元素相乘，最后接全连接层，获得预测结果，与真实值计算loss，迭代训练。

其中，GRN模块获取拼接输入后，分成两路，其中一路经过多层变换最后额外使用sigmoid激活函数作为“门”对变换结果进行选择性加权，另一路则作为residual connection直接与前者的输出相加，起到防止过拟合的作用。

取验证集得分最优的情况下各个特征的权重为特征的重要性。

使用案例

我们的开源项目AutoX把GRN计算特征重要性以及特征选择的函数进行了封装：

使用GRN_feature_selection进行特征重要性计算：

from autox.autox_competition.feature_selection import GRN_feature_selectionGRN_feature_selection = GRN_feature_selection()
column_definition = {    "cat":['investment_id'],    "num":[]}for i in range(300):    column_definition['num'].append((f'f_{i}'))
GRN_feature_selection.fit(train[used], train[target], column_definition)
# Train[used]是完成了包含所有特征的dataframe# Train[target]是标签列# column_definition中指定了特征的类型(特征属于类别型变量还是连续型变量)

查看所有特征的重要性：

GRN_feature_selection.feature2weight

选择top_k重要性的特征：

train_select = GRN_feature_selection.transform(train[used], top_k=20)test_select = GRN_feature_selection.transform(test[used], top_k=20)

完整案例地址

https://www.kaggle.com/code/hengwdai/grn-featureselection-autox

开源项目地址

https://github.com/4paradigm/AutoX

参考资料

Lim B, Arik S O, Loeff N, et al. Temporal fusion transformers for interpretable multi-horizon time series forecasting[J]. arXiv preprint arXiv:1912.09363, 2019.


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