【MATLAB第122期】基于MATLAB的SHAP可解释神经网络回归模型APP(插件)

【MATLAB第122期】基于MATLAB的SHAP可解释神经网络回归模型APP(插件)

一、简介

  • 用 BP 神经网络完成建模与预测;
  • 用 SHAP(Shapley Additive Explanations)解释模型输出;
  • 用一套可视化界面把"性能 + 解释 +图形联动"串起来。
    -

二、插件功能

1)BP 建模能力

  • 支持 Excel 数据直接导入;
  • 支持自定义输入列、输出列、起止行;
  • 支持网络参数配置(隐藏层节点、训练轮次、训练比例等);
  • 支持固定随机种子,保证实验可复现。

2)SHAP 可解释能力

  • 计算样本级 SHAP 值;
  • 输出 SHAP 蜂群图与 SHAP 特征重要性图;
  • 自动生成 SHAP 依赖图分析、SHAP 决策图、SHAP 热力图、SHAP 力图等多种视图;
  • SHAP 分析完成后可联动更新 BP 结果页中的特征重要性表格。

3)可视化与交互能力

  • 图形类型支持人工可视选择(非下拉隐藏);
  • 支持单图弹窗与多图布局组合;
  • 支持缩放、平移、数据光标、导出图像;
  • 图形设置(网格、图例、数值显示、字体)可统一生效。

三、界面结构说明(模块化设计)

采用多标签页结构,核心包括:

  • 数据预处理:导入数据、配置列范围、查看原始数据;
  • BP分析结果:模型指标、模型信息、特征重要性汇总;
  • SHAP分析:执行 SHAP 计算并展示解释结果;
  • 图形可视化:按图形类型查看、弹出、导出与组合布局;
  • 高级设置:授权、lic 路径配置等。

这种结构适合完整分析链路:
导入数据 -> 训练模型 -> SHAP解释 -> 可视化输出。

Step 1:加载 Excel 数据

在"数据预处理"页点击"加载Excel",插件会读取并展示全部数据。

可根据业务字段设置:

  • 起始行/结束行
  • 输入列范围
  • 输出列索引
  • 特征名称(用于图形标签)

Step 2:配置 BP 参数并运行

根据数据规模设置:

  • 隐藏节点数
  • 迭代次数
  • 训练比例
  • 是否固定随机种子(建议论文复现实验开启)

点击"运行BP分析"后,进入指标结果与模型信息展示。

Step 3:运行 SHAP 分析

在"SHAP分析"页设置样本数并执行。

完成后插件会自动生成:

  • SHAP 蜂群图
  • SHAP 特征重要性图
  • SHAP 依赖图分析(多子图)
  • SHAP 决策图

Step 4:图形可视化与报告输出

进入"图形可视化"页,手动选择图形类型:

  • SHAP蜂群图
  • 条形图 / 水平条形图
  • 阶梯图 / 散点图 / 热力图 / 雷达图 / 小提琴图
  • SHAP依赖图 / SHAP决策图 / SHAP值热力图 / SHAP力图
  • 弹出当前图形
  • 组合多图布局

四、APP打包文件获取

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