# PaddleX可解释性 目前深度学习模型普遍存在一个问题,因为使用模型预测还是一个黑盒,几乎无法去感知它的内部工作状态,预测结果的可信度一直遭到质疑。为此,PadlleX提供了2种对图像分类预测结果进行可解释性研究的算法:LIME和NormLIME。 ## LIME LIME全称Local interpretable model-agnostic explanations,表示一种与模型无关的局部可解释性。其实现步骤主要如下: 1. 获取图像的超像素。 2. 以输入样本为中心,在其附近的空间中进行随机采样,每个采样即对对象中的超像素进行随机遮掩(每个采样的权重和该采样与原样本的距离成反比)。 3. 每个采样通过预测模型得到新的输出,这样得到一系列的输入`X`和对应的输出`Y`。 4. 将`X`转换为超像素特征`F`,用一个简单的、可解释的模型`Model`(这里使用岭回归)来拟合`F`和`Y`的映射关系。 5. `Model`将得到`F`每个输入维度的权重(每个维度代表一个超像素),以此来解释模型。 LIME的使用方式可参见[代码示例](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleX/blob/develop/tutorials/interpret/lime.py)和[api介绍](../apis/visualize.html#lime)。在使用时,参数中的`num_samples`设置尤为重要,其表示上述步骤2中的随机采样的个数,若设置过小会影响可解释性结果的稳定性,若设置过大则将在上述步骤3耗费较长时间;参数`batch_size`则表示在计算上述步骤3时,预测的batch size,若设置过小将在上述步骤3耗费较长时间,而上限则根据机器配置决定。 最终LIME可解释性算法的可视化结果如下所示: ![](../images/lime.png) 图中绿色区域代表起正向作用的超像素,红色区域代表起反向作用的超像素,"First n superpixels"代表前n个权重比较大的超像素(由上述步骤5计算所得结果)。 ## NormLIME NormLIME是在LIME上的改进,LIME的解释是局部性的,是针对当前样本给的特定解释,而NormLIME是利用一定数量的样本对当前样本的一个全局性的解释,有一定的降噪效果。其实现步骤如下所示: 1. 下载Kmeans模型参数和ResNet50_vc网络前三层参数。(ResNet50_vc的参数是在ImageNet上训练所得网络的参数;使用ImageNet图像作为数据集,每张图像从ResNet50_vc的第三层输出提取对应超象素位置上的平均特征和质心上的特征,训练将得到此处的Kmeans模型) 2. 计算测试集中每张图像的LIME结果。(如无测试集,可用验证集代替) 3. 使用Kmeans模型对所有图像中的所有像素进行聚类。 4. 对在同一个簇的超像素(相同的特征)进行权重的归一化,得到每个超像素的权重,以此来解释模型。 NormLIME的使用方式可参见[代码示例](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleX/blob/develop/tutorials/interpret/normlime.py)和[api介绍](../apis/visualize.html#normlime)。在使用时,参数中的`num_samples`设置尤为重要,其表示上述步骤2中的随机采样的个数,若设置过小会影响可解释性结果的稳定性,若设置过大则将在上述步骤3耗费较长时间;参数`batch_size`则表示在计算上述步骤3时,预测的batch size,若设置过小将在上述步骤3耗费较长时间,而上限则根据机器配置决定;而`dataset`则是由测试集或验证集构造的数据。 最终NormLIME可解释性算法的可视化结果如下所示: ![](../images/normlime.png) 图中绿色区域代表起正向作用的超像素,红色区域代表起反向作用的超像素,"First n superpixels"代表前n个权重比较大的超像素(由上述步骤5计算所得结果)。图中最后一行代表把LIME和NormLIME对应超像素权重相乘的结果。