Erhöhung der Vorhersagegenauigkeit: Wie Conformal Predictions mit Random Forest und MAPIE den RMSE übertreffen

Conformal Predictions: Ein Überblick über Konzepte und Implementierung

Genaue Vorhersage von Werten spielen beispielsweise im Bereich Industrial AI und beim Forecasting eine zentrale Rolle. Ob es um die Optimierung von Produktionsprozessen oder die Vorhersage von Verkaufszahlen geht, die Zuverlässigkeit der Vorhersagen ist entscheidend. Dieser Artikel beleuchtet die Konzepte der Conformal Predictions, ihren Einsatz zusammen mit Random Forests, und die Vorteile gegenüber traditionellen Methoden wie dem RMSE (Root Mean Squared Error).

Einführung in Conformal Predictions

Conformal Predictions sind ein statistisches Werkzeug, das es erlaubt, Vorhersageintervalle für individuelle Vorhersagen zu berechnen. Diese Intervalle geben an, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein vorhergesagter Wert innerhalb bestimmter Grenzen liegt. Ein Hauptvorteil ist, dass sie unabhängig von der Fehlerverteilung funktionieren und universell auf verschiedene Modelle anwendbar sind.

Vorteile:

  • Lokale Unsicherheitseinschätzungen
  • Anpassbar an verschiedenste Anwendungsfälle
  • Integrierbar in bestehende Modellinfrastrukturen
 

2. Anwendung von Conformal Predictions mit Random Forests

Random Forest, ein Ensemble-Learning-Algorithmus, ist bekannt für seine Robustheit und Vorhersagefähigkeit. Durch die Integration von Conformal Predictions können Random Forests erweitert werden, um Vorhersageintervalle zu liefern, die über die reine Punktvorhersage hinausgehen.

Schritte zur Implementierung:

  1. Modelltraining: Trainiere den Random Forest auf den vorhandenen Daten.
  2. Konformale Schätzung: Berechne die Vorhersageintervalle durch konforme Bewertungsstrategien.
  3. Evaluation: Vergleiche die erhaltenen Intervalle mit den tatsächlichen Werten, um das Konfidenzniveau zu bestätigen.
 
 
Conformal Predictions: Ein Überblick über Konzepte und Implementierung
 

3. Implementierung mit MAPIE

Das Python-Paket MAPIE (Model-Agnostic Prediction Interval Estimator) bietet eine einfache Möglichkeit, Conformal Predictions für verschiedene Machine-Learning-Modelle zu implementieren, einschließlich Random Forests.

Vorteile von MAPIE:

  • Einfach zu integrieren
  • Modellunabhängig
  • Anpassbar für verschiedene Konfidenzniveaus

Beispielintegration:

from mapie.regression import MapieRegressor
from sklearn.ensemble import RandomForestRegressor

# Daten und Modellinitialisierung
model = RandomForestRegressor()
mapie = MapieRegressor(estimator=model)

# Trainieren des Modells mit Anpassung
mapie.fit(X_train, y_train)
preds, intervals = mapie.predict(X_test, alpha=0.32) # Beispiel für 68% Konfidenzniveau
 

4. Auswertung und Vergleich mit RMSE

Der RMSE ist ein Indikator für die durchschnittliche Abweichung der Modellvorhersagen von den tatsächlichen Werten. Während der RMSE uns eine globale Modellevaluation bietet, gewähren Conformal Predictions detaillierte Informationen über die Unsicherheit jeder einzelnen Vorhersage.

Vergleich:

  • RMSE: Messung der durchschnittlichen Modellgenauigkeit.
  • Conformal Predictions: Bereitstellung von spezifischen Vorhersageintervallen mit definiertem Konfidenzniveau.

5. Fazit

Conformal Predictions stellen eine bedeutende Erweiterung für Anwendungen dar, in denen nicht nur die Vorhersagegenauigkeit, sondern auch die Vorhersagezuversicht wichtig ist. Durch die Integration mit Technologien wie Random Forests und Tools wie MAPIE können Unternehmen die Verlässlichkeit ihrer Modellergebnisse substantiell verbessern und datengestützte Entscheidungen effizienter gestalten.

 

Beratung & Umsetzung aus einer Hand

  • Im unverbindlichen Erstgespräch analysieren wir gemeinsam, ob der Lakehouse Ansatz Ihnen hilft und welches Potential für Data-Science & Künstliche Intelligenz in Ihrem Unternehmen steckt.
  • Als kleiner spezialisierter Dienstleister steht die Geschäftsführung bei jedem Projekt zu 100% dahinter.
  • Lernen Sie im Erstgespräch direkt unsere Geschäftsführung kennen. Keine Vorqualifizierung und Zeitverschwendung.
  • Bei Bedarf können wir gerne von Anfang an einen Architektur / Technologie-Experten hinzuziehen. Einfach bei der Terminbuchung anfragen.