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Enregistrement W4412979330 · doi:10.1016/j.asoc.2025.113682

Improving explainable AI in attributing hydrological responses to climate variabilities in snow-dominated watersheds

2025· article· en· W4412979330 sur OpenAlexafffund
Jinyu Hui, Xiaohua Wei, Yiping Hou

Notice bibliographique

RevueApplied Soft Computing · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensOkanagan University CollegeUniversity of British Columbia, Okanagan CampusUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaUniversity of British ColumbiaChina Scholarship Council
Mots-clésSnowEnvironmental scienceClimate changeHydrology (agriculture)Physical geographyComputer scienceMeteorologyGeologyGeographyOceanography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Explaining the decision-making of machine learning (ML) models, known as interpretation, connects data-driven results to real-world hydrological processes, representing the next major challenge in ML applications for attribution, beyond accurate simulation. To improve ML interpretability in watershed-scale hydrological attribution, this study develops an eXplainable Artificial Intelligence (XAI) framework that incorporates a novel interpretation algorithm, Lagrange Multipliers-Support Vectors (L-SV), within a feature-based, multi-criteria constraint ML framework termed Climate Feature-Bootstrapped Support Vector Regression (CF-BootSVR). SVR simulations have been conducted in two snow-dominated watersheds, showing satisfactory simulation accuracy (average R² and NSE ≥ 0.88). The aggregated features enhance model interpretability with physically meaningful inputs and reduce computational costs by up to 30 times. The multi-criteria-layer design improves robustness and generalizability (declines in R² and NSE ≤ 0.11) while reducing uncertainties compared to single-run models. L-SV ranks feature importance similarly to model-agnostic algorithms, Permutation Feature Importance (Perm) and SHapley Additive exPlanations (SHAP), particularly in identifying the most sensitive features. L-SV also provides additional directions for feature contribution and enhances computational efficiency, being over 2513 and 2023 times faster than SHAP in the watersheds of Greata and 240, respectively. Furthermore, from a physical-based perspective, the XAI-derived attributions align with general hydrological expertise. Consequently, we conclude that CF-BootSVR offers an efficient approach to enhance predictive capabilities and deepen our understanding of climate-runoff relationships. Beyond hydrology, this CF-BootSVR framework establishes a generalizable paradigm for addressing issues related to climate seasonality. Moreover, L-SV demonstrates significant potential for broader applications in interpreting SVR models across diverse research domains.

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)0,007
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: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,008
Tête enseignante GPT0,238
Écart entre enseignants0,230 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations2
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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