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Enregistrement W4414870706 · doi:10.1051/0004-6361/202554065

Interpreting deep learning-based stellar mass estimation via causal analysis and mutual information decomposition

2025· article· en· W4414870706 sur OpenAlexfundno aff
Wei Zhang, Qiufan Lin, Yuan-Sen Ting, Shupei Chen, Hengzhi Ruan, Yifan Wang

Notice bibliographique

RevueAstronomy and Astrophysics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAstronomical Observations and Instrumentation
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesLawrence Berkeley National LaboratoryUniversity of California, Los AngelesNational Natural Science Foundation of ChinaYork UniversityCarnegie Mellon UniversityOffice of ScienceJohns Hopkins UniversityCollege of Engineering, Michigan State UniversityHarvard UniversityOhio State UniversityNew Mexico State UniversityUniversity of PortsmouthYale UniversityVanderbilt UniversityNational Science FoundationUniversity of WashingtonAlfred P. Sloan FoundationBrookhaven National LaboratoryU.S. Department of EnergyCalifornia Institute of TechnologyNational Aeronautics and Space AdministrationJet Propulsion LaboratoryPrinceton University
Mots-clésInterpretabilityPhotometry (optics)GalaxyStellar massSkyMutual informationConcatenation (mathematics)Astrometry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

End-to-end deep learning models fed with multi-band galaxy images are powerful data-driven tools used to estimate galaxy physical properties in the absence of spectroscopy. However, due to a lack of interpretability and the associational nature of such models, it is difficult to understand how the information that is included in addition to integrated photometry (e.g., morphology) contributes to the estimation task. Improving our understanding in this field would enable further advances into unraveling the physical connections among galaxy properties and optimizing data exploitation. Therefore, our work is aimed at interpreting the deep learning-based estimation of stellar mass via two interpretability techniques: causal analysis and mutual information decomposition. The former reveals the causal paths between multiple variables beyond nondirectional statistical associations, while the latter quantifies the multicomponent contributions (i.e., redundant, unique, and synergistic) of different input data to the stellar mass estimation. We leveraged data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) and the Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). With the causal analysis, meaningful causal structures were found between stellar mass, photometry, redshift, and various intra- and cross-band morphological features. The causal relations between stellar mass and morphological features not covered by photometry indicate contributions coming from images that are complementary to the photometry. With respect to the mutual information decomposition, we found that the total information provided by the SDSS optical images is effectively more than what can be obtained via a simple concatenation of photometry and morphology, since having the images separated into these two parts would dilute the intrinsic synergistic information. A considerable degree of synergy also exists between the 𝑔 band and other bands. In addition, the use of the SDSS optical images may essentially obviate the incremental contribution of the WISE infrared photometry, even if infrared information is not fully covered by the optical bands available. Taken altogether, these results provide physical interpretations for image-based models. Our work demonstrates the gains from combining deep learning with interpretability techniques, and holds promise in promoting more data-driven astrophysical research (e.g., astrophysical parameter estimations and investigations on complex multivariate physical processes).

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,017
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,021

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,017
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,002
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 Opus0,002
Tête enseignante GPT0,192
Écart entre enseignants0,190 · 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

Citations2
Publié2025
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Résumé présentoui

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