Możliwość interpretacji: objaśnienie modelu w zautomatyzowanym uczeniu maszynowym (wersja zapoznawcza)

  • Artykuł

DOTYCZY: Zestaw SDK języka Python w wersji 1

Z tego artykułu dowiesz się, jak uzyskać wyjaśnienia dotyczące modeli zautomatyzowanego uczenia maszynowego (zautomatyzowanego uczenia maszynowego) w usłudze Azure Machine Learning przy użyciu zestawu SDK języka Python. Zautomatyzowane uczenie maszynowe ułatwia zrozumienie znaczenia funkcji generowanych modeli.

Wszystkie wersje zestawu SDK po ustawieniu domyślnie wersji 1.0.85 model_explainability=True . W zestawie SDK w wersji 1.0.85 i starszych użytkownicy muszą ustawić model_explainability=True obiekt w AutoMLConfig celu korzystania z możliwości interpretowania modelu.

W tym artykule omówiono sposób wykonywania następujących zadań:

  • Wykonywanie interpretacji podczas trenowania dla najlepszego modelu lub dowolnego modelu.
  • Włącz wizualizacje, aby ułatwić wyświetlanie wzorców w danych i wyjaśnieniach.
  • Implementowanie możliwości interpretacji podczas wnioskowania lub oceniania.

Wymagania wstępne

Ważne

Ta funkcja jest obecnie w publicznej wersji zapoznawczej. Ta wersja zapoznawcza jest udostępniana bez umowy dotyczącej poziomu usług i nie zalecamy korzystania z niej w przypadku obciążeń produkcyjnych. Niektóre funkcje mogą być nieobsługiwane lub ograniczone.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Uzupełniające warunki korzystania z wersji zapoznawczych platformy Microsoft Azure.

Możliwość interpretacji podczas trenowania najlepszego modelu

Pobierz wyjaśnienie z elementu best_run, który zawiera wyjaśnienia dotyczące zarówno pierwotnych, jak i zaprojektowanych funkcji.

Uwaga

Interpretacja, wyjaśnienie modelu, nie jest dostępna dla modelu TCNForecaster zalecanego przez eksperymenty prognozowania automatycznego uczenia maszynowego.

Pobierz zaprojektowane znaczenie funkcji z najlepszego przebiegu

Możesz użyć ExplanationClient polecenia , aby pobrać objaśnienia funkcji zaprojektowanych z magazynu artefaktów obiektu best_run.

from azureml.interpret import ExplanationClient

client = ExplanationClient.from_run(best_run)
engineered_explanations = client.download_model_explanation(raw=False)
print(engineered_explanations.get_feature_importance_dict())

Pobieranie ważności nieprzetworzonych funkcji z najlepszego przebiegu

Możesz użyć ExplanationClient polecenia , aby pobrać nieprzetworzone wyjaśnienia funkcji z magazynu artefaktów obiektu best_run.

from azureml.interpret import ExplanationClient

client = ExplanationClient.from_run(best_run)
raw_explanations = client.download_model_explanation(raw=True)
print(raw_explanations.get_feature_importance_dict())

Możliwość interpretowania podczas trenowania dla dowolnego modelu

Podczas obliczania wyjaśnień modelu i ich wizualizowania nie jest ograniczone do istniejącego wyjaśnienia modelu zautomatyzowanego uczenia maszynowego. Możesz również uzyskać wyjaśnienie modelu z różnymi danymi testowymi. W krokach w tej sekcji pokazano, jak obliczać i wizualizować znaczenie funkcji zaprojektowanych na podstawie danych testowych.

Pobieranie dowolnego innego modelu automatycznego uczenia maszynowego z trenowania

automl_run, fitted_model = local_run.get_output(metric='accuracy')

Konfigurowanie wyjaśnień modelu

Użyj automl_setup_model_explanations polecenia , aby uzyskać opracowane i nieprzetworzone wyjaśnienia. Element fitted_model może wygenerować następujące elementy:

  • Polecane dane z przykładów wytrenowanych lub testowych
  • Listy nazw funkcji zaprojektowanych
  • Klasy z możliwością znajdowania w kolumnie oznaczonej etykietą w scenariuszach klasyfikacji

Zawiera automl_explainer_setup_obj wszystkie struktury z powyższej listy.

from azureml.train.automl.runtime.automl_explain_utilities import automl_setup_model_explanations

automl_explainer_setup_obj = automl_setup_model_explanations(fitted_model, X=X_train, 
                                                             X_test=X_test, y=y_train, 
                                                             task='classification')

Inicjowanie narzędzia Wyjaśnij naśladowcę pod kątem ważności funkcji

Aby wygenerować wyjaśnienie dla zautomatyzowanych modeli uczenia maszynowego, użyj MimicWrapper klasy . Zainicjuj program MimicWrapper przy użyciu następujących parametrów:

  • Obiekt konfiguracji objaśnienia
  • Obszar roboczy
  • Model zastępczy wyjaśniający zautomatyzowany model uczenia maszynowego fitted_model

Program MimicWrapper przyjmuje automl_run również obiekt, w którym zostaną przekazane zaprojektowane wyjaśnienia.

from azureml.interpret import MimicWrapper

# Initialize the Mimic Explainer
explainer = MimicWrapper(ws, automl_explainer_setup_obj.automl_estimator,
                         explainable_model=automl_explainer_setup_obj.surrogate_model, 
                         init_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_transform, run=automl_run,
                         features=automl_explainer_setup_obj.engineered_feature_names, 
                         feature_maps=[automl_explainer_setup_obj.feature_map],
                         classes=automl_explainer_setup_obj.classes,
                         explainer_kwargs=automl_explainer_setup_obj.surrogate_model_params)

Używanie narzędzia Wyjaśnij imitację do przetwarzania i wizualizowania znaczenia cech zaprojektowanych

Metodę można wywołać w metodzie explain() MimicWrapper z przekształconymi przykładami testowymi, aby uzyskać znaczenie funkcji dla wygenerowanych funkcji zaprojektowanych funkcji. Możesz również zalogować się do usługi Azure Machine Learning Studio , aby wyświetlić wizualizację pulpitu nawigacyjnego objaśnień dotyczących wartości ważności funkcji wygenerowanych przez zautomatyzowane funkcje cech uczenia maszynowego.

engineered_explanations = explainer.explain(['local', 'global'], eval_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_test_transform)
print(engineered_explanations.get_feature_importance_dict())

W przypadku modeli wytrenowanych za pomocą zautomatyzowanego uczenia maszynowego można uzyskać najlepszy model przy użyciu get_output() metody i wyjaśnień obliczeniowych lokalnie. Możesz zwizualizować wyniki ExplanationDashboard wyjaśnienia z raiwidgets pakietu.

best_run, fitted_model = remote_run.get_output()

from azureml.train.automl.runtime.automl_explain_utilities import AutoMLExplainerSetupClass, automl_setup_model_explanations
automl_explainer_setup_obj = automl_setup_model_explanations(fitted_model, X=X_train,
                                                             X_test=X_test, y=y_train,
                                                             task='regression')

from interpret.ext.glassbox import LGBMExplainableModel
from azureml.interpret.mimic_wrapper import MimicWrapper

explainer = MimicWrapper(ws, automl_explainer_setup_obj.automl_estimator, LGBMExplainableModel,
                         init_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_transform, run=best_run,
                         features=automl_explainer_setup_obj.engineered_feature_names,
                         feature_maps=[automl_explainer_setup_obj.feature_map],
                         classes=automl_explainer_setup_obj.classes)
                         
pip install interpret-community[visualization]

engineered_explanations = explainer.explain(['local', 'global'], eval_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_test_transform)
print(engineered_explanations.get_feature_importance_dict()),
from raiwidgets import ExplanationDashboard
ExplanationDashboard(engineered_explanations, automl_explainer_setup_obj.automl_estimator, datasetX=automl_explainer_setup_obj.X_test_transform)

 

raw_explanations = explainer.explain(['local', 'global'], get_raw=True,
                                     raw_feature_names=automl_explainer_setup_obj.raw_feature_names,
                                     eval_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_test_transform)
print(raw_explanations.get_feature_importance_dict()),
from raiwidgets import ExplanationDashboard
ExplanationDashboard(raw_explanations, automl_explainer_setup_obj.automl_pipeline, datasetX=automl_explainer_setup_obj.X_test_raw)

Używanie narzędzia Wyjaśnij na potrzeby przetwarzania i wizualizowania ważności nieprzetworzonych cech

Możesz wywołać metodę w metodzie explain() MimicWrapper z przekształconymi przykładami testowymi, aby uzyskać znaczenie funkcji dla nieprzetworzonych funkcji. W usłudze Machine Learning Studio możesz wyświetlić wizualizację pulpitu nawigacyjnego wartości ważności funkcji pierwotnych funkcji.

raw_explanations = explainer.explain(['local', 'global'], get_raw=True,
                                     raw_feature_names=automl_explainer_setup_obj.raw_feature_names,
                                     eval_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_test_transform,
                                     raw_eval_dataset=automl_explainer_setup_obj.X_test_raw)
print(raw_explanations.get_feature_importance_dict())

Możliwość interpretacji podczas wnioskowania

W tej sekcji dowiesz się, jak operacjonalizować zautomatyzowany model uczenia maszynowego za pomocą narzędzia objaśniającego, który został użyty do obliczenia wyjaśnień w poprzedniej sekcji.

Rejestrowanie modelu i objaśnienia oceniania

TreeScoringExplainer Użyj elementu , aby utworzyć objaśnienie oceniania, w którym będą obliczane wartości znaczenia funkcji inżyniera w czasie wnioskowania. Zainicjuj objaśnienie oceniania za pomocą obliczonego feature_map wcześniej elementu .

Zapisz objaśnienie oceniania, a następnie zarejestruj model i objaśnienie oceniania w usłudze zarządzania modelami. Uruchom następujący kod:

from azureml.interpret.scoring.scoring_explainer import TreeScoringExplainer, save

# Initialize the ScoringExplainer
scoring_explainer = TreeScoringExplainer(explainer.explainer, feature_maps=[automl_explainer_setup_obj.feature_map])

# Pickle scoring explainer locally
save(scoring_explainer, exist_ok=True)

# Register trained automl model present in the 'outputs' folder in the artifacts
original_model = automl_run.register_model(model_name='automl_model', 
                                           model_path='outputs/model.pkl')

# Register scoring explainer
automl_run.upload_file('scoring_explainer.pkl', 'scoring_explainer.pkl')
scoring_explainer_model = automl_run.register_model(model_name='scoring_explainer', model_path='scoring_explainer.pkl')

Tworzenie zależności conda na potrzeby konfigurowania usługi

Następnie utwórz niezbędne zależności środowiska w kontenerze dla wdrożonego modelu. Należy pamiętać, że wartość azureml-defaults z wersją >= 1.0.45 musi być wymieniona jako zależność, ponieważ zawiera ona funkcje wymagane do hostowania modelu jako usługi internetowej.

from azureml.core.conda_dependencies import CondaDependencies

azureml_pip_packages = [
    'azureml-interpret', 'azureml-train-automl', 'azureml-defaults'
]

myenv = CondaDependencies.create(conda_packages=['scikit-learn', 'pandas', 'numpy', 'py-xgboost<=0.80'],
                                 pip_packages=azureml_pip_packages,
                                 pin_sdk_version=True)

with open("myenv.yml","w") as f:
    f.write(myenv.serialize_to_string())

with open("myenv.yml","r") as f:
    print(f.read())

Tworzenie skryptu oceniania

Napisz skrypt, który ładuje model i generuje przewidywania i wyjaśnienia na podstawie nowej partii danych.

%%writefile score.py
import joblib
import pandas as pd
from azureml.core.model import Model
from azureml.train.automl.runtime.automl_explain_utilities import automl_setup_model_explanations


def init():
    global automl_model
    global scoring_explainer

    # Retrieve the path to the model file using the model name
    # Assume original model is named automl_model
    automl_model_path = Model.get_model_path('automl_model')
    scoring_explainer_path = Model.get_model_path('scoring_explainer')

    automl_model = joblib.load(automl_model_path)
    scoring_explainer = joblib.load(scoring_explainer_path)


def run(raw_data):
    data = pd.read_json(raw_data, orient='records')
    # Make prediction
    predictions = automl_model.predict(data)
    # Setup for inferencing explanations
    automl_explainer_setup_obj = automl_setup_model_explanations(automl_model,
                                                                 X_test=data, task='classification')
    # Retrieve model explanations for engineered explanations
    engineered_local_importance_values = scoring_explainer.explain(automl_explainer_setup_obj.X_test_transform)
    # Retrieve model explanations for raw explanations
    raw_local_importance_values = scoring_explainer.explain(automl_explainer_setup_obj.X_test_transform, get_raw=True)
    # You can return any data type as long as it is JSON-serializable
    return {'predictions': predictions.tolist(),
            'engineered_local_importance_values': engineered_local_importance_values,
            'raw_local_importance_values': raw_local_importance_values}

Wdrażanie usługi

Wdróż usługę przy użyciu pliku conda i pliku oceniania z poprzednich kroków.

from azureml.core.webservice import Webservice
from azureml.core.webservice import AciWebservice
from azureml.core.model import Model, InferenceConfig
from azureml.core.environment import Environment

aciconfig = AciWebservice.deploy_configuration(cpu_cores=1,
                                               memory_gb=1,
                                               tags={"data": "Bank Marketing",  
                                                     "method" : "local_explanation"},
                                               description='Get local explanations for Bank marketing test data')
myenv = Environment.from_conda_specification(name="myenv", file_path="myenv.yml")
inference_config = InferenceConfig(entry_script="score_local_explain.py", environment=myenv)

# Use configs and models generated above
service = Model.deploy(ws,
                       'model-scoring',
                       [scoring_explainer_model, original_model],
                       inference_config,
                       aciconfig)
service.wait_for_deployment(show_output=True)

Wnioskowanie przy użyciu danych testowych

Wnioskowanie z niektórymi danymi testowymi w celu wyświetlenia przewidywanej wartości z modelu AutoML, obecnie obsługiwanej tylko w zestawie SDK usługi Azure Machine Learning. Wyświetl znaczenie funkcji przyczyniające się do przewidywanej wartości.

if service.state == 'Healthy':
    # Serialize the first row of the test data into json
    X_test_json = X_test[:1].to_json(orient='records')
    print(X_test_json)
    # Call the service to get the predictions and the engineered explanations
    output = service.run(X_test_json)
    # Print the predicted value
    print(output['predictions'])
    # Print the engineered feature importances for the predicted value
    print(output['engineered_local_importance_values'])
    # Print the raw feature importances for the predicted value
    print('raw_local_importance_values:\n{}\n'.format(output['raw_local_importance_values']))

Wizualizowanie w celu odnajdywania wzorców w danych i wyjaśnieniach w czasie trenowania

Możesz zwizualizować wykres ważności funkcji w obszarze roboczym w usłudze Azure Machine Learning Studio. Po zakończeniu przebiegu automatycznego uczenia maszynowego wybierz pozycję Wyświetl szczegóły modelu, aby wyświetlić określony przebieg. Wybierz kartę Wyjaśnienia , aby wyświetlić wizualizacje na pulpicie nawigacyjnym wyjaśnienia.

Architektura interpretacji uczenia maszynowego

Aby uzyskać więcej informacji na temat wizualizacji pulpitu nawigacyjnego wyjaśnienia i określonych wykresów, zapoznaj się z dokumentacją dotyczącą możliwości interpretowania.

Następne kroki

Aby uzyskać więcej informacji na temat włączania wyjaśnień modelu i znaczenia cech w obszarach innych niż zautomatyzowane uczenie maszynowe, zobacz więcej technik interpretowania modelu.