模型训练

更新时间：2021-09-18 GMT+08:00

AutoML

AutoML（VegaAutoML）是以华为诺亚实验室VegaAutoML为原型开发的SDK，便于开发者使用和开发AI模型。AutoML采用业界经典的AutoML框架，主要包括数据预处理、特征处理、算法模型、超参优化、集成学习五个模块。其中，超参优化模块是对数据预处理、特征处理、算法模型构成的pipeline进行超参寻优。AutoML框架图如图1所示。

图1 AutoML框架图
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下面以系统预置的样例数据为例，进行AutoML操作演示。

单击如所示的图标，运行“Import sdk”内容。

图2 导入SDK

单击“Import sdk”右侧的

图标，新增cell。

输入如下代码：

from naie.datasets import samples
samples.load_dataset("higgs", "higgs_train_10k")
samples.load_dataset("higgs", "higgs_test_5k")

单击新增cell左侧的图标，加载两份higgs数据集分别作为训练集和测试集，如图3所示。

图3 加载训练集
单击界面右上角的图标，选择“数据处理 > 数据集 > 加载数据”。

新增“加载数据”内容。设置如下参数取值，其余参数保持默认值即可。
- 数据集：从下拉框中选择“higgs”。
- 数据集实例：从下拉框中选择“higgs_train_10k”。
- 数据引用变量名：方便后面通过此变量名称，引用当前数据，示例为“train”。
单击图标，运行“加载数据”代码框内容。训练集绑定成功。
请参考4和5操作，绑定测试集。

下述参数，对应修改为：
- 数据集实例：选择“higgs_test_5k”。
- 数据引用变量名：设置为“test”。

单击界面右上角的

图标，选择“模型训练 > 模型训练 > AutoML”。

界面新增如图4所示的内容。

图4 AutoML参数设置
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参数设置说明，如表1所示。

表1 AutoML参数说明
参数	参数说明
训练数据集	训练数据集。从下拉框中选择“train”，即4中的“数据引用变量名”。
类型	训练的模型类型。目前支持如下类型： classifier：分类类型 regressor：回归类型 time_series_classifier：时序分类类型；如果选择此类型，默认新增两个配置参数“标识列”和“时间列”。其中“标识列”的含义为：标记哪些数据是属于同一对象的，为必填参数；“时间列”的含义为：同一个对象的数据排序。当前样例数据用于生成分类类型的模型，请选择“classifier”。
目标列	数据的标签列。必填参数。设置为“reponse”。
最大迭代次数	AutoML任务中模型训练迭代次数上限。默认值为“5”。
优化指标	AutoML任务的模型优化指标，请根据实际情况选择。
验证数据集	模型验证数据集。
测试数据集	模型测试数据集。
被忽略的列	数据集中不需要参与模型训练的无用列。
包含的模型	模型训练使用的算法列表。
交叉验证折数	交叉检验的折数。如果不使用交叉验证方法，请将该参数置为空。 K折交叉验证的含义：将数据集等比例划分成K份，其中一份作为测试数据，其他的（K-1）份数据作为训练数据，这样算是一次实验。K折交叉验证为实验K次才算完成的一次，即保证K份数据分别做过测试数据。最后把得到的K个实验结果进行评分。保持默认值即可。
随机种子	以一个真随机数（随机种子）作为初始条件，使用一定的算法不停迭代产生随机数。
优化方法	超参优化方法。目前支持如下方法： GPEI GPTS SMAC SMAC-P
优化方向	超参优化的目标。包含如下选项： auto max min 默认值：auto。
平均策略	计算指标的平均策略。包含如下选项： auto macro micro weighted
是否使用增量学习	训练时是否使用增量学习，默认关闭。
是否进行集成学习	训练时是否进行集成学习，默认开启。开启后训练结果增加模型集成节点，训练结果中生成两个stacking类型的模型包。

单击图标，运行AutoML代码框内容。运行结果如图5所示。

AutoML模型训练过程中，会展示“AutoML过程设置”内容，用户可调整此区域的参数设置，重新选择使用的模型，或关闭特征搜索。

其中“排行榜”展示所有训练出的模型列表，支持对模型进行如下操作：
- 单击模型所在行对应“操作”列的“详情”，查看模型超参取值和模型评分结果。
- 单击模型所在行对应“操作”列的“预测”，在新增的“AutoML模型预测”内容中，选择测试数据集test，运行代码框，查看模型预测结果，如图6所示。
  通常使用最优模型，配合测试数据集进行结果预测和模型评分，查看测试结果是否符合预期。
- 单击模型所在行对应“操作”列的“保存”，保存当前模型。可在左侧文件目录“特征处理工程名称/debug/output”目录下查看同名模型包文件。
图5 AutoML运行结果

 图6 模型预测结果

超参优化

超参优化是对数据预处理、特征处理、算法模型构成的pipeline进行超参寻优。这一过程不仅需要专家经验，还会耗费大量时间。使用超参优化功能可以快速、自动、高效地找到最优模型超参，帮助用户节约时间，降低工作复杂度。

单击界面右上角的

图标，选择“模型训练 > 模型训练 > 超参优化”。

界面新增“超参优化配置”代码框。“超参优化配置”如图7所示。

图7 超参优化配置

超参优化配置参数含义如表2所示。

表2 超参优化配置参数说明
参数	参数说明
迭代次数	超参优化任务的最小迭代次数。
优化目标	超参优化任务的目标，在训练算法中进行定义，支持“max”和“min”两个目标。
优化方法	超参优化方法： smac bayesian random grid
超参名称	超参名称，可根据算法自定义设置。
超参类型	超参的类型，请根据实际情况选择超参类型。
超参范围	超参的取值区间，请根据实际需要设置超参最小值和最大值。
使用多进程	超参优化过程是否启动多进程，默认开启。

单击“超参优化配置”对应的图标，运行代码框内容。
使用模板代码进行超参优化。
1. 单击“超参优化配置”代码框下方的“使用模板代码进行超参优化”，弹出如图8所示内容。
  图8 使用模板代码进行超参优化
2. 从特征列中选取标签列，然后单击“使用模板代码进行超参优化”对应的图标，运行代码框内容。
使用py文件进行超参优化。
1. 右键单击算法工程左侧目录列表空白区域，选择“New File”新增一个名为“train.py”的主函数文件，并在该文件中定义主函数。
  主函数内容参考如下：
```
from naie.context import Context
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
from sklearn.metrics import accuracy_score
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split

def train_func():
    iris = load_iris()
    X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(iris.data, iris.target)
    model = RandomForestClassifier(n_estimators = Context.get("n_estimators"), max_features = Context.get("max_features"))
    model.fit(X_train, y_train)
    y_pred = model.predict(X_train)
    return accuracy_score(y_train, y_pred)
```
2. 单击“超参优化配置”代码框下方的“使用py文件进行超参优化”，弹出如图9所示内容。
  “文件”和“函数”自动回填为已定义的主函数文件名及主函数文件内定义的主函数名。
  图9 使用py文件进行超参优化
3. 单击“使用py文件进行超参优化”对应的图标，运行代码框内容。
  运行成功后，可查看“评分”、“超参”、“试验时长”以及“详情”四个超参优化结果，如图10所示。
  
  图10 使用py文件的超参优化结果
4. 单击图10的“详情”页签，该页签展示模型评分、训练耗时、超参优化参数及其取值信息，如图11所示。
  图11 使用py文件的超参优化结果详情
5. 单击其中一个模型操作列对应的“操作”，提取超参做进一步操作，如图12所示。
  图12 超参优化模型操作
6. 从特征列中选取标签列，然后单击“超参优化模型操作”对应的图标，运行代码框内容。