論文の概要: LandscapeSHAP: Which Persistent Homology Class Gets the Credit?
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.31469v1
- Date: Fri, 25 Sep 2026 16:17:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-28 18:27:51.486731
- Title: LandscapeSHAP: Which Persistent Homology Class Gets the Credit?
- Title(参考訳): LandscapeSHAP: どの永続的なホモロジークラスがクレジットを得るのか?
- Abstract要約: 本研究では,モデルの予測に基づいて,永続化図点への公平な信用割当手法であるLandscapeSHAPを紹介する。
線形モデルの場合、LandscapeSHAPは、すべての永続化ダイアグラムポイントの正確なShapley値を与えるクローズドフォーム表現を持つ。
一般的な非線形モデルでは、このユニークな値は定義された連立平均化式からのみ正確に計算できる。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Shapley values, a solution concept from cooperative game theory, have recently become a standard tool for feature credit allocation in machine learning. They provide an axiomatically justified method to fairly distribute a model's prediction among the data features. Shapley values have not yet been applied to explain machine learning models trained on features from topological data analysis. We develop what we believe is the first such approach, focusing on the persistence landscape featurization of persistence diagrams. Because each landscape coordinate is a rank statistic, crediting a model's prediction back to individual persistent homology classes (persistence diagram points) is nontrivial. We introduce LandscapeSHAP, a method for fair credit allocation to persistence diagram points based on a model's prediction. For linear models on persistence landscapes, LandscapeSHAP has a closed form expression that gives the exact Shapley value of every persistence diagram point. In particular, there is no coalition sampling required. We further prove that the four Shapley "fairness" axioms uniquely characterize this credit allocation for any model, not only linear ones. For a general nonlinear model, this unique value can only be calculated exactly from its defining coalition averaging formula, which requires considering all $2^N$ many coalitions, where $N$ is the number of points in the persistence diagram. This is computationally intractable for persistence diagrams of realistic size. We complement the exact linear model result with an efficient Monte Carlo sampling of persistence diagram coalitions. We give convergence rates in terms of number of samples needed to approximate to a desired degree of accuracy. We also prove stability results for the LandscapeSHAP credit allocation, for any model.
- Abstract(参考訳): 協調ゲーム理論のソリューション概念であるシェープリー値(Shapley values)は、最近、機械学習における特徴クレジット割り当ての標準ツールとなっている。
それらは、データ特徴間でモデルの予測を公平に分配する、公理的に正当化された方法を提供する。
シェープ値はまだ、トポロジカルデータ分析から訓練された特徴に基づく機械学習モデルを説明するために適用されていない。
私たちは、永続化ダイアグラムの持続的なランドスケープのデファチュアライズに焦点をあてて、最初のそのようなアプローチであると信じているものを開発します。
各ランドスケープ座標はランク統計学であるため、モデルの予測を個々の持続ホモロジークラス(パーシステンス・ダイアグラム・ポイント)に還元することは簡単ではない。
本研究では,モデルの予測に基づいて,永続化図点への公平な信用割当手法であるLandscapeSHAPを紹介する。
永続化ランドスケープSHAPは、永続化ランドスケープの線形モデルに対して、すべての永続化ダイアグラムポイントの正確なシェープ値を与えるクローズドフォーム表現を持つ。
特に、連立サンプリングは必要ありません。
さらに、4つのシャプリーの「フェアネス」公理が任意のモデルに対するこの信用割当を一意に特徴付けていることを証明している。
一般的な非線形モデルの場合、このユニークな値は定義された連立平均化公式からのみ正確に計算できる。
これは、現実的な大きさの永続化ダイアグラムに対して計算的に難解である。
我々は, パーシステンスダイアグラム連成の効率的なモンテカルロサンプリングにより, 正確な線形モデルの結果を補完する。
所望の精度に近似するために必要なサンプルの数で収束率を与える。
また、LandscapeSHAPクレジットアロケーションの安定性を任意のモデルで証明する。
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