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  • ML.NET 0.8特性简介

    本周.NET生态圈内的更新源源不断,除了.NET Core 2.2,ASP.NET Core 2.2和Entity Framework Core 2.2之外,ML.NET 0.8也一并登上舞台。

    新的推荐场景

    ML.NET使用基于矩阵分解(Matrix Factorization)和场感知分解机(Field-aware Factorization Machine)的方法来作推荐。一般而言,场感知分解机是矩阵分解更通用的例子,它允许传入额外的元数据。

    在ML.NET 0.8中新加了运用矩阵分解的推荐场景。

    推荐场景 推荐方案 示例链接
    基于产品Id,评价,用户Id和诸如产品描述,用户特征(年龄,国家)的额外元数据的产品推荐 场感知分解机 ML.NET 0.3
    基于产品Id,评价,用户Id的产品推荐 矩阵分解 ML.NET 0.7
    基于产品Id和与其一同购买的产品Id的产品推荐 One Class矩阵分解 ML.NET 0.8

    在新的推荐场景中,即使没有可用的评价,也可以通过历史购买数据为用户构建"经常一起购买的产品"(Frequently Bought Together)的列表。

    通过预览数据改进调试功能

    在多数例子里,当开始运行你的机器学习管道(pipeline),且加载数据时,能看到已经载入的数据是很有用的功能。尤其是在某些中间转换过程之后,需要确保数据如预期的一样发生变化。

    现在当你想要预览DataView的数据模式(Schema)时,可以悬停鼠标在IDataView对象上,展开它,观察它的数据模式属性。

    而要查看DataView中已加载的实际数据,通过以下三步可以达成目标。

    • 在调试模式中打开观察窗口
    • 输入DataView对象的变量名,调用它的Preview方法
    • 点开想看的某行,这样就能显示其中实际加载的数据

    默认情况下,只会显示100行的数据,但可以在Preview方法里传入参数,比如Preview(500),以获得更多的数据。

    模型可解释性

    为了让模型更具可解释性,ML.NET 0.8引入了新的API,用以帮助理解模型的特征重要性(整体特征重要度(Overall Feature Importance))以及创建能被其他人解释的高效模型(广义加性模型(Generalized Additive Models))。

    整体特征重要度用于评判在模型中哪些特性是整体上最重要的。它帮助理解哪些特征是最有价值的,从而得到更好的预测结果。例如,当预测汽车价格时,一些特性比如里程数和生产商品牌是更重要的,而其它特性,如汽车颜色,则是影响甚小。

    模型的整体特征重要度可以通过"排列特征重要度"(Permutation Feature Importance)(PFI)技术来获得。PFI借由"如果特征值设为随机数,会怎样影响模型"这一问题以测量特征重要度。

    PFI方法的好处是其与模型无关,任何模型都可以用它作评估,并且它还可以使用任意数据。

    使用PFI的方法如下例代码所示:

    // Compute the feature importance using PFI
    var permutationMetrics = mlContext.Regression.PermutationFeatureImportance(model, data);
    
    // Get the feature names from the training set
    var featureNames = data.Schema.GetColumns()
                    .Select(tuple => tuple.column.Name) // Get the column names
                    .Where(name => name != labelName) // Drop the Label
                    .ToArray();
    
    // Write out the feature names and their importance to the model's R-squared value
    for (int i = 0; i < featureNames.Length; i++)
      Console.WriteLine($"{featureNames[i]}	{permutationMetrics[i].rSquared:G4}");
    

    生成的结果包括了特征名与它的重要度。

    Console output:
    
        Feature            Model Weight    Change in R - Squared
        --------------------------------------------------------
        RoomsPerDwelling      50.80             -0.3695
        EmploymentDistance   -17.79             -0.2238
        TeacherRatio         -19.83             -0.1228
        TaxRate              -8.60              -0.1042
        NitricOxides         -15.95             -0.1025
        HighwayDistance        5.37             -0.09345
        CrimesPerCapita      -15.05             -0.05797
        PercentPre40s         -4.64             -0.0385
        PercentResidental      3.98             -0.02184
        CharlesRiver           3.38             -0.01487
        PercentNonRetail      -1.94             -0.007231
    

    广义加性模型拥有很好的预测可解释性。在便于理解上,它类似于线性模型,但更加灵活,并具有更佳的性能以及利于分析的可视化能力。

    更多的API增强

    在DataView中过滤行

    有时你会需要对数据集过滤一部分数据,比如那些离群值(outlier)。ML.NET 0.8中新加入了FilterByColumn()API可以帮助解决类似问题。

    使用方法如下面的代码所示:

    IDataView trainingDataView = mlContext.Data.FilterByColumn(baseTrainingDataView, "FareAmount", lowerBound: 1, upperBound: 150);
    

    缓存功能的API

    当对同一数据作多次迭代处理时,通过缓存数据可以大幅减少训练时间。

    以下例子可以减少50%的训练时间:

    var dataProcessPipeline = mlContext.Transforms.Conversion.MapValueToKey("Area", "Label")
            .Append(mlContext.Transforms.Text.FeaturizeText("Title", "TitleFeaturized"))
            .Append(mlContext.Transforms.Text.FeaturizeText("Description", "DescriptionFeaturized"))
            .Append(mlContext.Transforms.Concatenate("Features", "TitleFeaturized", "DescriptionFeaturized"))
            //Example Caching the DataView 
            .AppendCacheCheckpoint(mlContext) 
            .Append(mlContext.BinaryClassification.Trainers.AveragedPerceptron(DefaultColumnNames.Label,                                  
                                                                              DefaultColumnNames.Features,
                                                                              numIterations: 10));
    

    以IDataView二进制格式保存读取数据

    将经过转换的数据保存为IDataView二进制格式相较普通的文本格式,可以极大地提升效率。同时,由于此格式保留了数据模式,所以可以方便读取而不需要再指定列类型。

    读取与保存的API如下所示,十分简单:

    mlContext.Data.ReadFromBinary("pathToFile");
    mlContext.Data.SaveAsBinary("pathToFile");
    

    用于时间序列问题的状态性预测引擎

    ML.NET 0.7里可以基于时间序列处理异常检查问题。然而,其预测引擎是无状态的,这意味着每次要指出最新的数据点是否是异常的,需要同时提供历史数据。
    新的引擎中可以保留时间序列的状态,所以现在只要有最新的数据点,即可以进行预测。需要改动的地方是将CreatePredictionFunction()方法替换成CreateTimeSeriesPredictionFunction()

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