写给 Python 开发者的 10 条机器学习建议

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所属分类:安全开发

写给 Python 开发者的 10 条机器学习建议

有时候,作为一个数据科学家,我们常常忘记了初心。我们首先是一个开发者,然后才是研究人员,最后才可能是数学家。我们的首要职责是快速找到无 bug 的解决方案。

写给 Python 开发者的 10 条机器学习建议

我们能做模型并不意味着我们就是神。这并不是编写垃圾代码的理由。

自从我开始学习机器学习以来,我犯了很多错误。因此我想把我认 机器学习工程中最常用的技能分享出来。在我看来,这也是目前这个行业最缺乏的技能。

下面开始我的分享。

学习编写抽象类

一旦开始编写抽象类,你就能体会到它给带来的好处。抽象类强制子类使用相同的方法和方法名称。许多人在同一个项目上工作, 如果每个人去定义不同的方法,这样做没有必要也很容易造成混乱。

 1 import os
 2 from abc import ABCMeta, abstractmethod
 3
 4
 5 class DataProcessor(metaclass=ABCMeta):
 6    """Base processor to be used for all preparation."""
 7    def __init__(self, input_directory, output_directory):
 8        self.input_directory = input_directory
 9        self.output_directory = output_directory
10
11    @abstractmethod
12    def read(self):
13        """Read raw data."""
14
15    @abstractmethod
16    def process(self):
17        """Processes raw data. This step should create the raw dataframe with all the required features. Shouldn't implement statistical or text cleaning."""
18
19    @abstractmethod
20    def save(self):
21        """Saves processed data."""
22
23
24 class Trainer(metaclass=ABCMeta):
25    """Base trainer to be used for all models."""
26
27    def __init__(self, directory):
28        self.directory = directory
29        self.model_directory = os.path.join(directory, 'models')
30
31    @abstractmethod
32    def preprocess(self):
33        """This takes the preprocessed data and returns clean data. This is more about statistical or text cleaning."""
34
35    @abstractmethod
36    def set_model(self):
37        """Define model here."""
38
39    @abstractmethod
40    def fit_model(self):
41        """This takes the vectorised data and returns a trained model."""
42
43    @abstractmethod
44    def generate_metrics(self):
45        """Generates metric with trained model and test data."""
46
47    @abstractmethod
48    def save_model(self, model_name):
49        """This method saves the model in our required format."""
50
51
52 class Predict(metaclass=ABCMeta):
53    """Base predictor to be used for all models."""
54
55    def __init__(self, directory):
56        self.directory = directory
57        self.model_directory = os.path.join(directory, 'models')
58
59    @abstractmethod
60    def load_model(self):
61        """Load model here."""
62
63    @abstractmethod
64    def preprocess(self):
65        """This takes the raw data and returns clean data for prediction."""
66
67    @abstractmethod
68    def predict(self):
69        """This is used for prediction."""
70
71
72 class BaseDB(metaclass=ABCMeta):
73    """ Base database class to be used for all DB connectors."""
74    @abstractmethod
75    def get_connection(self):
76        """This creates a new DB connection."""
77    @abstractmethod
78    def close_connection(self):
79        """This closes the DB connection."""

固定随机数种子

实验的可重复性是非常重要的,随机数种子是我们的敌人。要特别注重随机数种子的设置,否则会导致不同的训练 / 测试数据的分裂和神经网络中不同权重的初始化。这些最终会导致结果的不一致。

1 def set_seed(args):
2    random.seed(args.seed)
3    np.random.seed(args.seed)
4    torch.manual_seed(args.seed)
5    if args.n_gpu > 0:
6        torch.cuda.manual_seed_all(args.seed)

先加载少量数据

如果你的数据量太大,并且你正在处理比如清理数据或建模等后续编码时,请使用 nrows来避免每次都加载大量数据。当你只想测试代码而不是想实际运行整个程序时,可以使用此方法。

非常适合在你本地电脑配置不足以处理那么大的数据量, 但你喜欢用 Jupyter/VS code/Atom 开发的场景。

1 f_train = pd.read_csv(‘train.csv’, nrows=1000)

预测失败 (成熟开发人员的标志)

总是检查数据中的 NA(缺失值),因为这些数据可能会造成一些问题。即使你当前的数据没有,并不意味着它不会在未来的训练循环中出现。所以无论如何都要留意这个问题。

print(len(df))
2 df.isna().sum()
3 df.dropna()
print(len(df))

显示处理进度

在处理大数据时,如果能知道还需要多少时间可以处理完,能够了解当前的进度非常重要。

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 1 from tqdm import tqdm
 2 import time
 3
 4 tqdm.pandas()
 5
 6 df['col'] = df['col'].progress_apply(lambda x: x**2)
 7
 8 text = ""
 9 for char in tqdm(["a""b""c""d"]):
10    time.sleep(0.25)
11    text = text + char

「方案2:fastprogress」

1 from fastprogress.fastprogress import master_bar, progress_bar
2 from time import sleep
3 mb = master_bar(range(10))
for i in mb:
5    for j in progress_bar(range(100), parent=mb):
6        sleep(0.01)
7        mb.child.comment = f'second bar stat'
8    mb.first_bar.comment = f'first bar stat'
9    mb.write(f'Finished loop {i}.')

解决 Pandas 慢的问题

如果你用过 pandas,你就会知道有时候它的速度有多慢ーー尤其在团队合作时。与其绞尽脑汁去寻找加速解决方案,不如通过改变一行代码来使用 modin。

1 import modin.pandas as pd

记录函数的执行时间

并不是所有的函数都生来平等。

即使全部代码都运行正常,也并不能意味着你写出了一手好代码。一些软错误实际上会使你的代码变慢,因此有必要找到它们。使用此装饰器记录函数的时间。

 1 import time
 2
 3 def timing(f):
 4    """Decorator for timing functions
 5    Usage:
 6    @timing
 7    def function(a):
 8        pass
 9    "
""
10
11
12    @wraps(f)
13    def wrapper(*args, **kwargs):
14        start = time.time()
15        result = f(*args, **kwargs)
16        end = time.time()
17        print('function:%r took: %2.2f sec' % (f.__name__,  end - start))
18        return result
19    return wrapp

不要在云上烧钱

没有人喜欢浪费云资源的工程师。

我们的一些实验可能会持续数小时。跟踪它并在完成后关闭云实例是很困难的。我自己也犯过错误,也看到过有些人会有连续几天不关机的情况。

这种情况经常会发生在我们周五上班,留下一些东西运行,直到周一回来才意识到。

只要在执行结束时调用这个函数,你的屁股就再也不会着火了!

使用 tryexcept  来包裹 main 函数,一旦发生异常,服务器就不会再运行。我就处理过类似的案例

让我们多一点责任感,低碳环保从我做起。

 1 import os
 2
 3 def run_command(cmd):
 4    return os.system(cmd)
 5
 6 def shutdown(seconds=0, os='linux'):
 7    """Shutdown system after seconds given. Useful for shutting EC2 to save costs."""
 8    if os == 'linux':
 9        run_command('sudo shutdown -h -t sec %s' % seconds)
10    elif os == 'windows':
11        run_command('shutdown -s -t %s' % seconds)

创建和保存报告

在建模的某个特定点之后,所有的深刻见解都来自于对误差和度量的分析。确保为自己和上司创建并保存格式正确的报告。

不管怎样,管理层都喜欢报告,不是吗?

 1 import json
 2 import os
 3
 4 from sklearn.metrics import (accuracy_score, classification_report,
 5                             confusion_matrix, f1_score, fbeta_score)
 6
 7 def get_metrics(y, y_pred, beta=2, average_method='macro', y_encoder=None):
 8    if y_encoder:
 9        y = y_encoder.inverse_transform(y)
10        y_pred = y_encoder.inverse_transform(y_pred)
11    return {
12        'accuracy': round(accuracy_score(y, y_pred), 4),
13        'f1_score_macro': round(f1_score(y, y_pred, average=average_method), 4),
14        'fbeta_score_macro': round(fbeta_score(y, y_pred, beta, average=average_method), 4),
15        'report': classification_report(y, y_pred, output_dict=True),
16        'report_csv': classification_report(y, y_pred, output_dict=False).replace('n','rn')
17    }
18
19
20 def save_metrics(metrics: dict, model_directory, file_name):
21    path = os.path.join(model_directory, file_name + '_report.txt')
22    classification_report_to_csv(metrics['report_csv'], path)
23    metrics.pop('report_csv')
24    path = os.path.join(model_directory, file_name + '_metrics.json')
25    json.dump(metrics, open(path, 'w'), indent=4)

写出一手好 API

结果不好,一切都不好。

你可以做很好的数据清理和建模,但是你仍然可以在最后制造巨大的混乱。通过我与人打交道的经验告诉我,许多人不清楚如何编写好的 api、文档和服务器设置。我将很快写另一篇关于这方面的文章,但是先让我简要分享一部分。

下面的方法适用于经典的机器学习 和 深度学习部署,在不太高的负载下(比如1000 / min)。

见识下这个组合: Fastapi + uvicorn + gunicorn

  • 最快的用 fastapi 编写 API,因为这 是最快的,原因参见这篇文章。
  • 文档在 fastapi 中编写 API 为我们提供了 http: url/docs 上的免费文档和测试端点,当我们更改代码时,fastapi 会自动生成和更新这些文档。
  • worker使用 gunicorn 服务器部署 API,因为 gunicorn 具有启动多于1个 worker,而且你应该保留至少 2 个worker。

运行这些命令来使用 4 个 worker 部署。可以通过负载测试优化 worker 数量。

1 pip install fastapi uvicorn gunicorn
2 gunicorn -w 4 -k uvicorn.workers.UvicornH11Worker main:app

原文来自:http://suo.im/5MoQTN

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