Decision Boundary Visualization for Counterfactual Reasoning

  • Machine learning algorithms are widely applied to create powerful prediction models. With increasingly complex models, humans' ability to understand the decision function (that maps from a high-dimensional input space) is quickly exceeded. To explain a model's decisions, black-box methods have been proposed that provide either non-linear maps of the global topology of the decision boundary, or samples that allow approximating it locally. The former loses information about distances in input space, while the latter only provides statements about given samples, but lacks a focus on the underlying model for precise ‘What-If'-reasoning. In this paper, we integrate both approaches and propose an interactive exploration method using local linear maps of the decision space. We create the maps on high-dimensional hyperplanes—2D-slices of the high-dimensional parameter space—based on statistical and personal feature mutability and guided by feature importance. We complement the proposed workflow with established model inspection techniques to provide orientation and guidance. We demonstrate our approach on real-world datasets and illustrate that it allows identification of instance-based decision boundary structures and can answer multi-dimensional ‘What-If'-questions, thereby identifying counterfactual scenarios visually.

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Verfasser*innenangaben:Jan-Tobias SohnsORCiD, Christoph GarthORCiD, Heike LeitteORCiD
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-80796
DOI:https://doi.org/10.1111/cgf.14650
ISSN:1467-8659
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Computer Graphics Forum
Verlag:Wiley
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):18.04.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):18.04.2024
Ausgabe / Heft:42/1
Seitenzahl:14
Erste Seite:7
Letzte Seite:20
Quelle:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/cgf.14650
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
DDC-Sachgruppen:0 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft / 004 Informatik
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung