Permutation Importance

내부를 잘 알지 못하는(Black-box) ML model이 있을때, 그 model 내부에서 각 feature가 prediction에 얼만큼의 영향을 끼치는지에 대한 지표인 feature importance라고 하고 이는 수학적으로 해당 모델에서 각 feature와 target이 가지는 상관관계 크기를 의미한다.

기본 원리

특정 feature의 value들만 무작위로 섞은 shuffled validation dataset을 만들고 기존 validation dataset과 비교했을때 prediction accuracy가 얼만큼 차이나는지 비교한다.

shuffled validation dataset에서 :

• prediction accuracy가 많이 낮아질수록 높은 feature importance를 가진다.

좌 : non-shuffled, 우 : shuffled, accuracy의 변화가 뚜렸하다

• prediction accuracy의 변화가 적을수록 낮은 feature importance를 가진다.

좌 : non-shuffled, 우 : shuffled, 위쪽 예시에 비해 accuracy에 큰 변화가 없다.

왜 이름이 Permutation Importance일까?

어떤 feature의 feature importance를 알아내기위해 여러가지 shuffled validation data set을 만드는일은 해당 feature value의 여러가지 permutation을 만드는 과정으로 볼 수 있다.

장점

• 별도의 재학습(re-training)과정이 필요가 없어서 빠르다. 학습은 예측보다 시간이 훨신 많이 걸린다.

단점

• under or over-fitting된 model에 대해서는 model의 feature importance가 실제 feature-target간의 상관관계와는 상이할 수 있다. 언제까지나 model에 종속적인 속성임을 알아야한다.
• 각 feature들이 모두 독립변수라는 가정을 한다. 이는 Model들이 실제로 그런 가정을 기반으로 학습되기 때문이기도 하다. 때문에 실제 dataset에서는 feature들간의 상관관계가 존재함에 따라 target과의 상관관계가 다를 수 있다.

구현

	import eli5
	from eli5.sklearn import PermutationImportance
	#model 이미 train이 끝난 모델
	perm = PermutationImportance(model).fit(val_X, val_y)
	#각 feature들의 weight를 출력
	eli5.show_weights(perm, feature_names = val_X.columns.tolist())

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