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title: "Partial Dependence Plots"
type: concept
tags: [model-interpretability, feature-analysis, model-visualization]
last_updated: 2026-04-25
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## Definition

偏依赖图（Partial Dependence Plots，PDP）展示一个或两个特征与模型预测之间的边际关系——在控制其他特征后，该特征取不同值时模型输出的平均预测变化。核心假设：特征之间相对独立（独立PDP），否则需要 ICE 曲线（Individual Conditional Expectation）补充。

## Core Types

### 1D PDP（单特征）
- 固定其他特征不动，在目标特征的取值范围内计算模型平均预测
- 可视化：x 轴为特征值，y 轴为偏依赖值（边际预测效应）
- 用于：验证特征方向是否符合业务预期（单调递增/递减/U形）

### 2D PDP（特征交互）
- 两个特征同时变化，展示交互效应对预测的联合影响
- 用于：检测模型学习到的非预期特征交互（如 X₁ × X₂ 的非线性组合）

### ICE Curves（Individual Conditional Expectation）
- 每条线代表一个样本的偏依赖曲线（而非平均值）
- 解决 PDP 掩盖个体异质性的问题
- 与 PDP 结合：PDP 叠加 ICE 曲线，同时展示平均趋势和个体差异

## Usage

```python
from sklearn.inspection import PartialDependenceDisplay

# 1D PDP for single feature
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 5))
PartialDependenceDisplay.from_estimator(
    model, X, [feature_name],
    grid_resolution=50, ax=ax
)
ax.set_title(f"Partial Dependence - {feature_name}")
fig.savefig(f"pdp_{feature_name}.png", dpi=150)

# 2D PDP for feature interaction
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6))
PartialDependenceDisplay.from_estimator(
    model, X, [(feat_a, feat_b)], ax=ax
)
fig.savefig(f"pdp_interact_{feat_a}_x_{feat_b}.png", dpi=150)
```

## Model QA 中的应用

Model QA Specialist 使用 PDP 进行以下审计：
1. **方向性验证**：检查 PDP 曲线方向是否符合业务领域知识（如"收入↑ → 违约概率↓"）
2. **非单调性检测**：识别模型在某些区间学习到的反直觉非单调关系
3. **交互效应识别**：2D PDP 检测 top correlated feature pairs 的交互效应
4. **跨时间稳定性**：对比 Train vs OOT 的 PDP 曲线，识别特征关系的时间漂移
5. **SHAP 交叉验证**：PDP 验证边际方向，SHAP 验证精确归因，两者互补

## Relationship

- **依赖** [[SHAP]]：SHAP 提供精确特征归因，PDP 提供趋势可视化；PDP 曲线形状与 SHAP beeswarm 的分布吻合
- **依赖** [[Population-Stability-Index]]：PSI 捕捉特征分布漂移，PDP 捕捉特征效应的变化，两者共同判断模型是否需要重训
- **支撑** [[Calibration-Testing]]：PDP 揭示的非线性关系可能是校准问题的根源
- **支撑** [[specialized-model-qa]]（Source）：Model QA Specialist 的特征分析核心工具

## Key Limitations

- **强交互效应**：当特征高度相关时，PDP 可能产生误导性结论（忽略其他特征的条件分布）
- **异质性掩盖**：个体 ICE 曲线与平均 PDP 的差异反映异质性，忽略可能遗漏关键子群体
- **分类变量**：需预先分箱，箱的划分方式影响结果解释
- **高维特征**：超过 2 个特征的交互需用 SHAP interaction values 或 ALE plots