Biyomedikal Veri ve YZ
13 XAI & Güvenilirlik 16 Aralık 2026

Açıklanabilir Yapay Zeka II: SHAP, LIME, Grad-CAM, Karşıt-Olgusal Açıklamalar ve Adalet

Shapley değerlerinin oyun kuramsal temeli ve SHAP (Tree/Deep/Kernel), LIME'ın yerel vekil yaklaşımı, Grad-CAM ile görsel açıklama, karşıt-olgusal açıklamalar, açıklama tuzakları ve algoritmik adalet ölçütleri.

  • SHAP (Tree/Deep/Kernel)
  • LIME
  • Grad-CAM / IG
  • Karşıt-olgusal açıklama
  • Adalet metrikleri

İzlencedeki başlık: Açıklanabilir yapay zeka (XAI) II: SHAP, LIME, Grad-CAM ve karşıt-olgusal (counterfactual) açıklamalar; tıp ve mühendislikte vaka çalışmaları, yanlılık ve adalet

Öğrenme hedefleri

Bu haftanın sonunda:

  • 1 Shapley değerlerinin aksiyomlarını açıklar; TreeSHAP, DeepSHAP ve KernelSHAP'ın ne zaman kullanıldığını ayırt eder; SHAP özet, bağımlılık ve şelale grafiklerini yorumlar.
  • 2 LIME'ın yerel vekil model mantığını kurar; kararsızlık ve komşuluk tanımı sorunlarını tartışır.
  • 3 Grad-CAM ve Integrated Gradients ile CNN kararlarını görselleştirir; tıbbi görüntüde 'doğru yere bakma' değerlendirmesi yapar.
  • 4 Karşıt-olgusal açıklamalar üretir (DiCE); geçerlilik, yakınlık ve eyleme dönüştürülebilirlik ölçütlerini uygular.
  • 5 Demografik parite, eşit fırsat ve kalibrasyon eşitliği gibi adalet ölçütlerini hesaplar; alt-grup analizini rapor standardı hâline getirir.

Ders Notları

Ayrıntılı notlar ve türetimler ders yaklaştıkça buraya eklenecektir.

Temel Kavramlar

  • Shapley değeri — Özniteliğin tüm koalisyonlardaki ortalama marjinal katkısı; verimlilik, simetri, sahte oyuncu ve toplamsallık aksiyomlarını sağlayan tek çözüm.
  • SHAP — Shapley değerlerinin yerel açıklamaya uyarlanması; TreeSHAP ağaç modellerinde polinom zamanda kesin hesap yapar.
  • LIME — Tek gözlemin çevresinde bozulmuş örneklerle eğitilen seyrek doğrusal vekil model; hızlı ama komşuluk seçimine duyarlı.
  • Grad-CAM — Son evrişim katmanının sınıf-özel gradyanlarla ağırlıklandırılmış ısı haritası; modelin ‘baktığı’ bölgeyi gösterir.
  • Karşıt-olgusal açıklama — ‘Şu öznitelikler şöyle olsaydı karar değişirdi’: hastaya eyleme dönük öneri üretir; tıbbi olarak mümkün olmalıdır.
  • Adalet ölçütleri — Demografik parite (pozitif oranı eşit), eşit fırsat (duyarlılık eşit), kalibrasyon eşitliği; aynı anda hepsini sağlamak genelde imkânsızdır.

Biyomedikal Uygulama Örnekleri

  • Sepsis modelinde hasta düzeyinde SHAP şelale grafiği: laktat ve solunum sayısının katkısı; klinisyenin ‘ama bu hasta KOAH’ itirazı ve etkileşim değerleri.
  • Göğüs röntgeni pnömoni modelinde Grad-CAM’in akciğer dışına (cihaz etiketine) yoğunlaşması: 10. haftadaki kısayol öğrenmenin görsel kanıtı.
  • Obermeyer ve ark. (2019): Sağlık harcamasını hastalık şiddetinin vekili olarak kullanan algoritmanın Siyah hastaları sistematik olarak düşük riske atması.
  • Pulse oksimetre ve deri rengi: girdi ölçümündeki yanlılığın modele taşınması.

Uygulama / Laboratuvar

XGBoost modeline TreeSHAP uygulayın: özet, bağımlılık ve üç hasta için şelale grafikleri. Aynı hastaları LIME ile açıklayıp tutarlılığı ölçün. CNN’e Grad-CAM uygulayıp radyolojik olarak anlamlı bölgeyle örtüşmeyi değerlendirin. DiCE ile iki hastaya karşıt-olgusal öneri üretin. Son olarak fairlearn ile cinsiyet/yaş alt-gruplarında duyarlılık, özgüllük ve kalibrasyonu karşılaştırın.

Tartışma Soruları

  1. SHAP değerleri yüksek çıkan bir öznitelik ‘nedensel’ midir? Klinisyene bunu nasıl anlatırsınız?
  2. Alt-grupta duyarlılığı eşitlemek için eşik farklılaştırmak adil midir? Hangi adalet tanımına göre?

Haftanın Özeti

Yerel açıklama yöntemlerinin tamamını uyguladık ve adaleti ölçülebilir bir rapor bileşeni hâline getirdik. Son hafta bu araçları klinik uygulamaya hazır bir sistemin parçası olarak ele alıyor.

Bu haftanın veri setleri

  • 5. ve 9. haftaların modelleri (XGBoost, MLP) — SHAP/LIME uygulaması.
  • 10. haftanın PneumoniaMNIST CNN'i — Grad-CAM.
  • MIMIC-III Demo (demografi ile) — Alt-grup adalet analizi.

Araçlar ve kütüphaneler

  • shap
  • lime
  • captum
  • dice-ml
  • fairlearn

Okuma listesi

Etiketler:SHAPShapleyLIMEGrad-CAMIntegrated Gradientskarşıt-olgusalyanlılıkadaleteşit fırsatDiCE