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Enregistrement W3153715239 · doi:10.1051/0004-6361/202038911

Interpreting automatic AGN classifiers with saliency maps

2021· article· en· W3153715239 sur OpenAlexfundno aff
T. Peruzzi, Mario Pasquato, S. Ciroi, M. Berton, P. Marziani, E. Nardini

Notice bibliographique

RevueAstronomy and Astrophysics · 2021
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueGamma-ray bursts and supernovae
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesLawrence Berkeley National LaboratorySmithsonian Astrophysical ObservatoryUniversity of Colorado BoulderInstituto de Astrofísica de CanariasOffice of ScienceMax-Planck-Institut für AstronomieMinistério da Ciência, Tecnologia e InovaçãoUniversity of OxfordYork UniversityCarnegie Institution for ScienceNew Mexico State UniversityNew York University Abu DhabiLeibniz-GemeinschaftUniversity of Notre DameCarnegie Mellon UniversityUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoAlfred P. Sloan FoundationUniversity of WashingtonJohns Hopkins UniversityCarnegie Institution of WashingtonUniversity of UtahOhio State UniversityU.S. Department of EnergySmithsonian InstitutionUniversity of PortsmouthVanderbilt UniversityYale UniversityMax-Planck-Institut für AstrophysikTamkeenEuropean Commission
Mots-clésInterpretabilityClassifier (UML)Artificial intelligenceMachine learningActive galactic nucleusComputer scienceSupport vector machineHyperparameterSpectral lineAstrophysicsPattern recognition (psychology)PhysicsGalaxy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Classification of the optical spectra of active galactic nuclei (AGN) into different types is currently based on features such as line widths and intensity ratios. Although well founded on AGN physics, this approach involves some degree of human oversight and cannot scale to large datasets. Machine learning (ML) tackles this classification problem in a fast and reproducible way, but is often (and not without reason) perceived as a black box. However, ML interpretability and are active research areas in computer science that are providing us with tools to mitigate this issue. We apply ML interpretability tools to a classifier trained to predict AGN types from spectra. Our goal is to demonstrate the use of such tools in this context, obtaining for the first time insight into an otherwise black box AGN classifier. In particular, we want to understand which parts of each spectrum most affect the predictions of our classifier, checking that the results make sense in the light of our theoretical expectations. We trained a support-vector machine on 3346 high-quality, low-redshift AGN spectra from SDSS DR15. We considered either two-class classification (type 1 versus 2) or multiclass (type 1 versus 2 versus intermediate-type). The spectra were previously and independently hand-labeled and divided into types 1 and 2, and intermediate-type (i.e., sources in which the Balmer line profile consists of a sharp narrow component superimposed on a broad component). We performed a train-validation-test split, tuning hyperparameters and independently measuring performance via a variety of metrics. On a selection of test-set spectra, we computed the gradient of the predicted class probability at a given spectrum. Regions of the spectrum were then color-coded based on the direction and the amount by which they influence the predicted class, effectively building a saliency map. We also visualized the high-dimensional space of AGN spectra using t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE), showing where the spectra for which we computed a saliency map are located. Our best classifier reaches an F-score of 0.942 on our test set (with 0.948 precision and 0.936 recall). We computed saliency maps on all misclassified spectra in the test set and on a sample of randomly selected spectra. Regions that affect the predicted AGN type often coincide with physically relevant features, such as spectral lines. t-SNE visualization shows good separability of type 1 and type 2 spectra. Intermediate-type spectra either lie in-between, as expected, or appear mixed with type 2 spectra. Misclassified spectra are typically found among the latter. Some clustering structure is apparent among type 2 and intermediate-type spectra, though this may be an artifact. Saliency maps show why a given AGN type was predicted by our classifier resulting in a physical interpretation in terms of regions of the spectrum that affected its decision, making it no longer a black box. These regions coincide with those used by human experts, for example relevant spectral lines, and are even used in a similar way; the classifier effectively measures the width of a line by weighing its center and its tails oppositely.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,009
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,009
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,006
Tête enseignante GPT0,202
Écart entre enseignants0,196 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations15
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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