論文の概要: SHAP zero Explains Biological Sequence Models with Near-zero Marginal Cost for Future Queries

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.19236v4
• Date: Thu, 22 May 2025 14:58:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-23 12:25:14.935931
• Title: SHAP zero Explains Biological Sequence Models with Near-zero Marginal Cost for Future Queries
• Title（参考訳）: SHAP 0は、将来のクエリーにほぼゼロのマージナルコストを持つ生物学的シーケンスモデルを説明する
• Authors: Darin Tsui, Aryan Musharaf, Yigit Efe Erginbas, Justin Singh Kang, Amirali Aghazadeh,
• Abstract要約: SHAP 0は、大規模な生物学的データセット間でShapley値のコストを償却する新しいアルゴリズムである。 1回のモデルスケッチのステップの後、SHAP 0は将来のクエリでほぼゼロの限界コストを実現する。 この研究は、生物学におけるブラックボックスシーケンスモデルの原理的、効率的、スケーラブルな解釈可能性への扉を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5184615738004058
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: The growing adoption of machine learning models for biological sequences has intensified the need for interpretable predictions, with Shapley values emerging as a theoretically grounded standard for model explanation. While effective for local explanations of individual input sequences, scaling Shapley-based interpretability to extract global biological insights requires evaluating thousands of sequences--incurring exponential computational cost per query. We introduce SHAP zero, a novel algorithm that amortizes the cost of Shapley value computation across large-scale biological datasets. After a one-time model sketching step, SHAP zero enables near-zero marginal cost for future queries by uncovering an underexplored connection between Shapley values, high-order feature interactions, and the sparse Fourier transform of the model. Applied to models of guide RNA efficacy, DNA repair outcomes, and protein fitness, SHAP zero explains predictions orders of magnitude faster than existing methods, recovering rich combinatorial interactions previously inaccessible at scale. This work opens the door to principled, efficient, and scalable interpretability for black-box sequence models in biology.
• Abstract（参考訳）: 生物学的配列に対する機械学習モデルの採用が増加し、解釈可能な予測の必要性が高まっている。 個々の入力シーケンスの局所的な説明には有効であるが、グローバルな生物学的洞察を抽出するためのシェープリーベースの解釈可能性のスケーリングには、クエリ毎の指数計算コストの増大による数千のシーケンスの評価が必要である。 SHAP 0は,大規模生物データセットにおけるShapley値計算のコストを補正する新しいアルゴリズムである。 1回のモデルスケッチのステップの後、SHAP 0はシェープリー値、高次特徴相互作用、スパースフーリエ変換の間の未探索接続を明らかにすることで、将来のクエリに対するほぼゼロの限界コストを実現する。 SHAP 0は、ガイドRNAの有効性、DNA修復結果、タンパク質の適合性のモデルに応用され、既存の方法よりも桁違いに早く予測し、以前は大規模ではアクセスできないリッチなコンビネータ相互作用を回復する。 この研究は、生物学におけるブラックボックスシーケンスモデルの原理的、効率的、スケーラブルな解釈可能性への扉を開く。

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