We introduce a family of interpretable machine learning models, with two broad additions: Linearised Additive Models (LAMs) which replace the ubiquitous logistic link function in General Additive Models (GAMs); and SubscaleHedge, an expert advice algorithm for combining base models trained on subsets of features called subscales. LAMs can augment any additive binary classification model equipped with a sigmoid link function. Moreover, they afford direct global and local attributions of additive components to the model output in probability space. We argue that LAMs and SubscaleHedge improve the interpretability of their base algorithms. Using rigorous null-hypothesis significance testing on a broad suite of financial modelling data, we show that our algorithms do not suffer from large performance penalties in terms of ROC-AUC and calibration.

本文介绍了分类器校准原理和实践的简介和详细概述。校准的分类器正确地量化了与其实例明智的预测相关的不确定性或信心水平。这对于关键应用，最佳决策，成本敏感的分类以及某些类型的上下文变化至关重要。校准研究具有丰富的历史，其中几十年来预测机器学习作为学术领域的诞生。然而，校准兴趣的最近增加导致了新的方法和从二进制到多种子体设置的扩展。需要考虑的选项和问题的空间很大，并导航它需要正确的概念和工具集。我们提供了主要概念和方法的介绍性材料和最新的技术细节，包括适当的评分规则和其他评估指标，可视化方法，全面陈述二进制和多字数分类的HOC校准方法，以及几个先进的话题。

目的：我们研究使用机器学习（ML）模型的可解释的累入预测，并在预测能力，稀疏性和公平性方面分析性能。与以前的作品不同，本研究列举了输出概率而不是二进制预测的可解释模型，并使用定量公平定义来评估模型。本研究还研究了模型是否可以横跨地理位置概括。方法：我们在佛罗里达州和肯塔基州的两个不同的刑事核查数据集上生成了黑盒和可解释的ML模型。我们将这些模型的预测性能和公平与目前用于司法系统中使用的两种方法进行了比较，以预测审前常规率：Arnold PSA和Compas。我们评估了所有模型的预测性能，可以在两次跨越两次预测六种不同类型犯罪的模型。结果：几种可解释的ML模型可以预测常规和黑盒ML模型，比Compas或Arnold PSA更准确。这些模型在实践中可能有用。类似于Arnold PSA，这些可解释模型中的一些可以作为一个简单的表格写入。其他可以使用一组可视化显示。我们的地理分析表明ML模型应分开培训，以便单独的位置并随时间更新。我们还为可​​解释模型提供了公平分析。结论：可解释的机器学习模型可以在预测准确性和公平性方面表现，也可以表现，也可以表现，也可以执行不可解释的方法和目前使用的风险评估尺度。机器学习模型对于单独培训，可以更准确地进行不同的位置，并保持最新。

While methods for comparing two learning algorithms on a single data set have been scrutinized for quite some time already, the issue of statistical tests for comparisons of more algorithms on multiple data sets, which is even more essential to typical machine learning studies, has been all but ignored. This article reviews the current practice and then theoretically and empirically examines several suitable tests. Based on that, we recommend a set of simple, yet safe and robust non-parametric tests for statistical comparisons of classifiers: the Wilcoxon signed ranks test for comparison of two classifiers and the Friedman test with the corresponding post-hoc tests for comparison of more classifiers over multiple data sets. Results of the latter can also be neatly presented with the newly introduced CD (critical difference) diagrams.

无论是在功能选择的领域还是可解释的AI领域，都有基于其重要性的“排名”功能的愿望。然后可以将这种功能重要的排名用于：（1）减少数据集大小或（2）解释机器学习模型。但是，在文献中，这种特征排名没有以系统的，一致的方式评估。许多论文都有不同的方式来争论哪些具有重要性排名最佳的特征。本文通过提出一种新的评估方法来填补这一空白。通过使用合成数据集，可以事先知道特征重要性得分，从而可以进行更系统的评估。为了促进使用新方法的大规模实验，在Python建造了一个名为FSEVAL的基准测定框架。该框架允许并行运行实验，并在HPC系统上的计算机上分布。通过与名为“权重和偏见”的在线平台集成，可以在实时仪表板上进行交互探索图表。该软件作为开源软件发布，并在PYPI平台上以包裹发行。该研究结束时，探索了一个这样的大规模实验，以在许多方面找到参与算法的优势和劣势。

我们查看模型可解释性的特定方面：模型通常需要限制在大小上才能被认为是可解释的，例如，深度5的决策树比深度50中的一个更容易解释。但是，较小的模型也倾向于高偏见。这表明可解释性和准确性之间的权衡。我们提出了一种模型不可知论技术，以最大程度地减少这种权衡。我们的策略是首先学习甲骨文，这是培训数据上高度准确的概率模型。 Oracle预测的不确定性用于学习培训数据的抽样分布。然后，对使用此分布获得的数据样本进行了可解释的模型，通常会导致精确度明显更高。我们将抽样策略作为优化问题。我们的解决方案1具有以下关键的有利属性：（1）它使用固定数量的七个优化变量，而与数据的维度（2）无关，它是模型不可知的 - 因为可解释的模型和甲骨文都可能属于任意性模型家族（3）它具有模型大小的灵活概念，并且可以容纳向量大小（4）它是一个框架，使其能够从优化领域的进度中受益。我们还提出了以下有趣的观察结果：（a）通常，小型模型大小的最佳训练分布与测试分布不同； （b）即使可解释的模型和甲骨文来自高度截然不同的模型家族，也存在这种效果：我们通过使用封闭的复发单位网络作为甲骨文来提高决策树的序列分类精度，从而在文本分类任务上显示此效果。使用字符n-grams； （c）对于模型，我们的技术可用于确定给定样本量的最佳训练样本。

机器学习渗透到许多行业，这为公司带来了新的利益来源。然而，在人寿保险行业中，机器学习在实践中并未被广泛使用，因为在过去几年中，统计模型表明了它们的风险评估效率。因此，保险公司可能面临评估人工智能价值的困难。随着时间的流逝，专注于人寿保险行业的修改突出了将机器学习用于保险公司的利益以及通过释放数据价值带来的利益。本文回顾了传统的生存建模方法论，并通过机器学习技术扩展了它们。它指出了与常规机器学习模型的差异，并强调了特定实现在与机器学习模型家族中面对审查数据的重要性。在本文的补充中，已经开发了Python库。已经调整了不同的开源机器学习算法，以适应人寿保险数据的特殊性，即检查和截断。此类模型可以轻松地从该SCOR库中应用，以准确地模拟人寿保险风险。

本文提出了一个贝叶斯模型，以比较任何度量的多个数据集上的多种算法。该模型基于Bradley-Terry模型，该模型计算出一种算法在不同数据集上的性能要好于另一个算法的次数。由于其贝叶斯基础，贝叶斯布拉德利·特里模型（BBT）的特征与经常主义的方法不同，可以比较多个数据集上的多种算法，例如Demsar（2006）对平均等级的测试，以及Benavoli等人。 （2016）多个成对的Wilcoxon测试，具有P-调整程序。特别是，贝叶斯的方法允许对算法发表更多细微的陈述，而不是声称差异是统计学意义的。贝叶斯的方法还允许定义何时出于实际目的或实际等效区域（绳索）等效的何时等效。与Benavoli等人提出的贝叶斯签名的等级比较程序不同。 （2017年），我们的方法可以为任何度量标准定义绳索，因为它基于概率声明，而不是基于该度量的差异。本文还提出了一个局部绳索概念，该概念评估了在某些交叉验证中对某些其他算法的平均值的平均度量之间的正差异是否应真正被视为基于效应大小的第一种算法比第二个算法更好。该局部绳索提案与贝叶斯的使用无关，可以根据等级的常见方式使用。可以使用实现BBT的R软件包和Python程序。

我们提出了一种估计具有标称分类数据的高维线性模型的方法。我们的估算器，称为范围，通过使其相应的系数完全相等来融合水平。这是通过对分类变量的系数的阶数统计之间的差异之间的差异来实现这一点，从而聚类系数。我们提供了一种算法，用于精确和有效地计算在具有潜在许多级别的单个变量的情况下的总体上的最小值的全局最小值，并且在多变量情况下在块坐标血管下降过程中使用它。我们表明，利用未知级别融合的Oracle最小二乘解决方案是具有高概率的坐标血缘的极限点，只要真正的级别具有一定的最小分离;已知这些条件在单变量案例中最小。我们展示了在一系列实际和模拟数据集中的范围的有利性能。 R包的R包Catreg实现线性模型的范围，也可以在CRAN上提供逻辑回归的版本。

公平定理是算法公平文献中的基本结果。它指出，在特殊情况之外，人们不能准确和同时满足公平性的所有三个共同和直观的定义 - 人口统计学奇偶，均衡的赔率和预测率的均等。这一结果促使大多数作品专注于一个或两个指标的解决方案。与其效仿，在本文中，我们提出了一个框架，该框架可以推动不可能定理的限制，以便尽可能地满足所有三个指标。我们开发了一种基于整数编程的方法，该方法可以产生一种认证的最佳后处理方法，以同时满足小违规情况下的多重公平标准。我们显示的实验表明，我们的后处理器可以同时降低模型性能的同时提高不同定义的公平性。我们还讨论了我们在模型选择和公平性解释性方面的应用程序，从而试图回答以下问题：谁是最公平的？

尽管机器学习方法已在金融领域广泛使用，但在非常成功的学位上，这些方法仍然可以根据解释性，可比性和可重复性来定制特定研究和不透明。这项研究的主要目的是通过提供一种通用方法来阐明这一领域，该方法是调查 - 不合Snostic且可解释给金融市场从业人员，从而提高了其效率，降低了进入的障碍，并提高了实验的可重复性。提出的方法在两个自动交易平台组件上展示。也就是说，价格水平，众所周知的交易模式和一种新颖的2步特征提取方法。该方法依赖于假设检验，该假设检验在其他社会和科学学科中广泛应用，以有效地评估除简单分类准确性之外的具体结果。提出的主要假设是为了评估所选的交易模式是否适合在机器学习设置中使用。在整个实验中，我们发现在机器学习设置中使用所考虑的交易模式仅由统计数据得到部分支持，从而导致效果尺寸微不足道（反弹7- $ 0.64 \ pm 1.02 $，反弹11 $ 0.38 \ pm 0.98 $，并且篮板15- $ 1.05 \ pm 1.16 $），但允许拒绝零假设。我们展示了美国期货市场工具上的通用方法，并提供了证据表明，通过这种方法，我们可以轻松获得除传统绩效和盈利度指标之外的信息指标。这项工作是最早将这种严格的统计支持方法应用于金融市场领域的工作之一，我们希望这可能是更多研究的跳板。

即使机器学习算法已经在数据科学中发挥了重要作用，但许多当前方法对输入数据提出了不现实的假设。由于不兼容的数据格式，或数据集中的异质，分层或完全缺少的数据片段，因此很难应用此类方法。作为解决方案，我们提出了一个用于样本表示，模型定义和培训的多功能，统一的框架，称为“ Hmill”。我们深入审查框架构建和扩展的机器学习的多个范围范式。从理论上讲，为HMILL的关键组件的设计合理，我们将通用近似定理的扩展显示到框架中实现的模型所实现的所有功能的集合。本文还包含有关我们实施中技术和绩效改进的详细讨论，该讨论将在MIT许可下发布供下载。该框架的主要资产是其灵活性，它可以通过相同的工具对不同的现实世界数据源进行建模。除了单独观察到每个对象的一组属性的标准设置外，我们解释了如何在框架中实现表示整个对象系统的图表中的消息推断。为了支持我们的主张，我们使用框架解决了网络安全域的三个不同问题。第一种用例涉及来自原始网络观察结果的IoT设备识别。在第二个问题中，我们研究了如何使用以有向图表示的操作系统的快照可以对恶意二进制文件进行分类。最后提供的示例是通过网络中实体之间建模域黑名单扩展的任务。在所有三个问题中，基于建议的框架的解决方案可实现与专业方法相当的性能。

在过去几十年中，已经提出了各种方法，用于估计回归设置中的预测间隔，包括贝叶斯方法，集合方法，直接间隔估计方法和保形预测方法。重要问题是这些方法的校准：生成的预测间隔应该具有预定义的覆盖水平，而不会过于保守。在这项工作中，我们从概念和实验的角度审查上述四类方法。结果来自各个域的基准数据集突出显示从一个数据集中的性能的大波动。这些观察可能归因于违反某些类别的某些方法所固有的某些假设。我们说明了如何将共形预测用作提供不具有校准步骤的方法的方法的一般校准程序。

几十年来，对信用违约风险的预测一直是一个重要的研究领域。传统上，由于其准确性和解释性，逻辑回归被广泛认为是解决方案。作为最近的趋势，研究人员倾向于使用更复杂和高级的机器学习方法来提高预测的准确性。尽管某些非线性机器学习方法具有更好的预测能力，但通常认为它们缺乏金融监管机构的解释性。因此，它们尚未被广泛应用于信用风险评估中。我们引入了一个具有选择性选项的神经网络，以通过区分数据集来通过线性模型来解释，以提高可解释性。我们发现，对于大多数数据集，逻辑回归将足够，准确性合理。同时，对于某些特定的数据部分，浅神经网络模型可以提高精确度，而无需显着牺牲可解释性。

现在通常用于高风险设置，如医疗诊断，如医疗诊断，那么需要不确定量化，以避免后续模型失败。无分发的不确定性量化（无分布UQ）是用户友好的范式，用于为这种预测创建统计上严格的置信区间/集合。批判性地，间隔/集合有效而不进行分布假设或模型假设，即使具有最多许多DataPoints也具有显式保证。此外，它们适应输入的难度;当输入示例很困难时，不确定性间隔/集很大，信号传达模型可能是错误的。在没有多大的工作和没有再培训的情况下，可以在任何潜在的算法（例如神经网络）上使用无分​​发方法，以产生置信度集，以便包含用户指定概率，例如90％。实际上，这些方法易于理解和一般，应用于计算机视觉，自然语言处理，深度加强学习等领域出现的许多现代预测问题。这种实践介绍是针对对无需统计学家的免费UQ的实际实施感兴趣的读者。我们通过实际的理论和无分发UQ的应用领导读者，从保形预测开始，并使无关的任何风险的分布控制，如虚假发现率，假阳性分布检测，等等。我们将包括Python中的许多解释性插图，示例和代码样本，具有Pytorch语法。目标是提供读者对无分配UQ的工作理解，使它们能够将置信间隔放在算法上，其中包含一个自包含的文档。

本文研究了与可解释的AI（XAI）实践有关的两个不同但相关的问题。机器学习（ML）在金融服务中越来越重要，例如预批准，信用承销，投资以及各种前端和后端活动。机器学习可以自动检测培训数据中的非线性和相互作用，从而促进更快，更准确的信用决策。但是，机器学习模型是不透明的，难以解释，这是建立可靠技术所需的关键要素。该研究比较了各种机器学习模型，包括单个分类器（逻辑回归，决策树，LDA，QDA），异质集合（Adaboost，随机森林）和顺序神经网络。结果表明，整体分类器和神经网络的表现优于表现。此外，使用基于美国P2P贷款平台Lending Club提供的开放式访问数据集评估了两种先进的事后不可解释能力 - 石灰和外形来评估基于ML的信用评分模型。对于这项研究，我们还使用机器学习算法来开发新的投资模型，并探索可以最大化盈利能力同时最大程度地降低风险的投资组合策略。

基于签名的技术使数学洞察力洞悉不断发展的数据的复杂流之间的相互作用。这些见解可以自然地转化为理解流数据的数值方法，也许是由于它们的数学精度，已被证明在数据不规则而不是固定的情况下分析流的数据以及数据和数据的尺寸很有用样本量均为中等。了解流的多模式数据是指数的：$ d $ d $的字母中的$ n $字母中的一个单词可以是$ d^n $消息之一。签名消除了通过采样不规则性引起的指数级噪声，但仍然存在指数量的信息。这项调查旨在留在可以直接管理指数缩放的域中。在许多问题中，可伸缩性问题是一个重要的挑战，但需要另一篇调查文章和进一步的想法。这项调查描述了一系列环境集足够小以消除大规模机器学习的可能性，并且可以有效地使用一小部分免费上下文和原则性功能。工具的数学性质可以使他们对非数学家的使用恐吓。本文中介绍的示例旨在弥合此通信差距，并提供从机器学习环境中绘制的可进行的工作示例。笔记本可以在线提供这些示例中的一些。这项调查是基于伊利亚·雪佛兰（Ilya Chevryev）和安德烈·科米利津（Andrey Kormilitzin）的早期论文，它们在这种机械开发的较早时刻大致相似。本文说明了签名提供的理论见解是如何在对应用程序数据的分析中简单地实现的，这种方式在很大程度上对数据类型不可知。

分析分类模型性能对于机器学习从业人员来说是一项至关重要的任务。尽管从业者经常使用从混乱矩阵中得出的基于计数的指标，例如准确性，许多应用程序，例如天气预测，体育博彩或患者风险预测，但依赖分类器的预测概率而不是预测标签。在这些情况下，从业者关注的是产生校准模型，即输出反映真实分布的模型的模型。通常通过静态可靠性图在视觉上分析模型校准，但是，由于所需的强大聚合，传统的校准可视化可能会遭受各种缺陷。此外，基于计数的方法无法充分分析模型校准。我们提出校准，这是一个解决上述问题的交互性可靠性图。校准构造一个可靠性图，该图表可抵抗传统方法中的缺点，并允许进行交互式子组分析和实例级检查。我们通过在现实世界和合成数据上的用例中证明了校准的实用性。我们通过与常规分析模型校准的数据科学家进行思考实验的结果来进一步验证校准。

我们在分类的背景下研究公平，其中在接收器的曲线下的区域（AUC）下的区域测量的性能。当I型（误报）和II型（假阴性）错误都很重要时，通常使用AUC。然而，相同的分类器可以针对不同的保护组具有显着变化的AUC，并且在现实世界中，通常希望减少这种交叉组差异。我们解决如何选择其他功能，以便最大地改善弱势群体的AUC。我们的结果表明，功能的无条件方差不会通知我们关于AUC公平，而是类条件方差。使用此连接，我们基于功能增强（添加功能）来开发一种新颖的方法Fairauc，以减轻可识别组之间的偏差。我们评估综合性和现实世界（Compas）数据集的Fairauc，并发现它对于相对于基准，最大限度地提高了总体AUC并最大限度地减少了组之间的偏见的基准，它显着改善了弱势群体的AUC。

预测组合在预测社区中蓬勃发展，近年来，已经成为预测研究和活动主流的一部分。现在，由单个（目标）系列产生的多个预测组合通过整合来自不同来源收集的信息，从而提高准确性，从而减轻了识别单个“最佳”预测的风险。组合方案已从没有估计的简单组合方法演变为涉及时间变化的权重，非线性组合，组件之间的相关性和交叉学习的复杂方法。它们包括结合点预测和结合概率预测。本文提供了有关预测组合的广泛文献的最新评论，并参考可用的开源软件实施。我们讨论了各种方法的潜在和局限性，并突出了这些思想如何随着时间的推移而发展。还调查了有关预测组合实用性的一些重要问题。最后，我们以当前的研究差距和未来研究的潜在见解得出结论。