ML.NET 示例：二元分类之垃圾短信检测

写在前面

准备近期将微软的machinelearning-samples翻译成中文，水平有限，如有错漏，请大家多多指正。
如果有朋友对此感兴趣，可以加入我：https://github.com/feiyun0112/machinelearning-samples.zh-cn

垃圾短信检测

ML.NET 版本	API 类型	状态	应用程序类型	数据类型	场景	机器学习任务	算法
v0.7	动态API	可能需要更新项目结构以匹配模板	控制台应用程序	.tsv 文件	垃圾信息检测	二元分类	SDCA（线性学习器），还展示了CustomMapping评估器，它可以将自定义代码添加到ML.NET管道

在这个示例中，您将看到如何使用ML.NET来预测短信是否是垃圾信息。在机器学习领域中，这种类型的预测被称为二元分类。

问题

我们的目标是预测一个短信是否是垃圾信息（一个不相关的/不想要的消息）。我们将使用UCI的SMS Spam Collection Data Set，其中包含近6000条被分类为“垃圾信息”或“ham”（不是垃圾信息）的消息。我们将使用这个数据集来训练一个模型，该模型可以接收新消息并预测它们是否是垃圾信息。

这是一个二元分类的示例，因为我们将短信分类为两个类别。

解决方案

要解决这个问题，首先我们将建立一个评估器来定义我们想要使用的机器学习管道。 然后，我们将在现有数据上训练这个评估器，评估其有多好，最后我们将使用该模型来预测一些示例消息是否是垃圾信息。

1. 建立评估器

为了建立评估器，我们将：

• 定义如何读取从 https://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/SMS+Spam+Collection 下载的垃圾信息数据集。

• 应用多个数据转换：

  • 将标签（“spam”或“ham”）转换为布尔值（“true”表示垃圾信息），这样我们就可以在二元分类器中使用它。
  • 将短信转换为数字向量，以便机器学习训练器可以使用它

• 添加一个训练器（如StochasticDualCoordinateAscent）。

初始代码类似以下内容：

// Set up the MLContext, which is a catalog of components in ML.NET.
var mlContext = new MLContext();

// Create the reader and define which columns from the file should be read.
var reader = new TextLoader(mlContext, new TextLoader.Arguments()
{
    Separator = "tab",
    HasHeader = true,
    Column = new[]
        {
            new TextLoader.Column("Label", DataKind.Text, 0),
            new TextLoader.Column("Message", DataKind.Text, 1)
        }
});

var data = reader.Read(new MultiFileSource(TrainDataPath));

// Create the estimator which converts the text label to boolean, featurizes the text, and adds a linear trainer.
var estimator = mlContext.Transforms.CustomMapping<MyInput, MyOutput>(MyLambda.MyAction, "MyLambda")
    .Append(mlContext.Transforms.Text.FeaturizeText("Message", "Features"))
    .Append(mlContext.BinaryClassification.Trainers.StochasticDualCoordinateAscent());

2. 评估模型

对于这个数据集，我们将使用交叉验证来评估我们的模型。将数据集划分成5个不相交的子集，训练5个模型（每个模型使用其中4个子集），并在训练中没有使用的数据子集上测试模型。

var cvResults = mlContext.BinaryClassification.CrossValidate(data, estimator, numFolds: 5);
var aucs = cvResults.Select(r => r.metrics.Auc);
Console.WriteLine("The AUC is {0}", aucs.Average());

请注意，通常我们在训练后评估模型。 但是，交叉验证包括模型训练部分，因此我们不需要先执行Fit()。 但是，我们稍后将在完整数据集上训练模型以利用其他数据。

3. 训练模型

为了训练模型，我们将调用评估器的Fit()方法，同时提供完整的训练数据。

var model = estimator.Fit(data);

4. 使用模型

训练完模型后，您可以使用Predict()API来预测新文本是否垃圾信息。 在这种情况下，我们更改模型的阈值以获得更好的预测。 我们这样做是因为我们的数据有偏差，大多数消息都不是垃圾信息。

// The dataset we have is skewed, as there are many more non-spam messages than spam messages.
// While our model is relatively good at detecting the difference, this skewness leads it to always
// say the message is not spam. We deal with this by lowering the threshold of the predictor. In reality,
// it is useful to look at the precision-recall curve to identify the best possible threshold.
var inPipe = new TransformerChain<ITransformer>(model.Take(model.Count() - 1).ToArray());
var lastTransformer = new BinaryPredictionTransformer<IPredictorProducing<float>>(mlContext, model.LastTransformer.Model, inPipe.GetOutputSchema(data.Schema), model.LastTransformer.FeatureColumn, threshold: 0.15f, thresholdColumn: DefaultColumnNames.Probability);

ITransformer[] parts = model.ToArray();
parts[parts.Length - 1] = lastTransformer;
var newModel = new TransformerChain<ITransformer>(parts);

// Create a PredictionFunction from our model 
var predictor = newModel.MakePredictionFunction<SpamInput, SpamPrediction>(mlContext);

var input = new SpamInput { Message = "free medicine winner! congratulations" };
Console.WriteLine("The message '{0}' is {1}", input.Message, predictor.Predict(input).isSpam ? "spam" : "not spam");