`xgboost.spark` を使用した XGBoost モデルの分散トレーニング

[アーティクル]
04/25/2024

重要

Python パッケージ xgboost>=1.7 には、新しいモジュール xgboost.spark が含まれています。このモジュールには、xgboost PySpark 推定器 xgboost.spark.SparkXGBRegressor、xgboost.spark.SparkXGBClassifier および xgboost.spark.SparkXGBRanker が含まれています。これらの新しいクラスは、SparkML パイプラインに XGBoost 推定器を含めることをサポートします。 API の詳細については、XGBoost Python Spark API ドキュメントを参照してください。

必要条件

Databricks Runtime 12.0 ML 以降。

`xgboost.spark` パラメーター

xgboost.spark モジュールで定義されている推定器は、標準の XGBoost で使用されるのと同じパラメーターと引数のほとんどをサポートしています。

クラスコンストラクター、fit メソッド、および predict メソッドのパラメーターは、xgboost.sklearn モジュールのものとほとんど同じです。
名前付け、値、既定値は、「XGBoost パラメーター」で説明されているものとほぼ同じです。
例外は、サポートされていないいくつかのパラメーター (gpu_id、nthread、sample_weight、eval_set など) と、追加された pyspark 推定器固有のパラメーター (featuresCol、labelCol、use_gpu、validationIndicatorCol など) です。詳細については、XGBoost Python Spark API ドキュメントを参照してください。

分散トレーニング

xgboost.spark モジュールで定義されている PySpark 推定器は、num_workers パラメーターを使用した分散 XGBoost トレーニングをサポートします。分散トレーニングを使用するには、分類子またはリグレッサーを作成し、分散トレーニング中に同時に実行される Spark タスクの数を num_workers に設定します。すべての Spark タスクスロットを使用するには、num_workers=sc.defaultParallelism を設定します。

次に例を示します。

from xgboost.spark import SparkXGBClassifier
classifier = SparkXGBClassifier(num_workers=sc.defaultParallelism)

注意

分散 XGBoost では mlflow.xgboost.autolog を使用できません。 MLflow を使用して xgboost Spark モデルをログに記録するには、mlflow.spark.log_model(spark_xgb_model, artifact_path) を使用します。
自動スケールが有効になっているクラスターで分散 XGBoost を使用することはできません。このエラスティックスケーリングパラダイムで開始される新しいワーカーノードは、新しいタスクセットを受け取ることができず、アイドル状態のままになります。自動スケールを無効にする手順については、自動スケールを有効にするを参照してください。

スパース特徴データセットのトレーニングの最適化を有効にする

xgboost.spark モジュールで定義されている PySpark 推定器は、スパース特徴を持つデータセットに対するトレーニングの最適化をサポートします。スパース特徴セットの最適化を有効にするには、型 pyspark.ml.linalg.SparseVector の値で構成される特徴列を含むデータセットを fit メソッドに指定し、推定器パラメーター enable_sparse_data_optim を True に設定する必要があります。さらに、missing パラメーターを 0.0 に設定する必要があります。

次に例を示します。

from xgboost.spark import SparkXGBClassifier
classifier = SparkXGBClassifier(enable_sparse_data_optim=True, missing=0.0)
classifier.fit(dataset_with_sparse_features_col)

GPU トレーニング

xgboost.spark モジュールで定義されている PySpark 推定器は、GPU のトレーニングをサポートします。 GPU トレーニングを有効にするには、パラメーター use_gpu を True に設定します。

注意

XGBoost 分散トレーニングで使用される Spark タスクごとに、use_gpu 引数が True に設定されている場合、トレーニングで使用される GPU は 1 つだけです。 Databricks では、Spark クラスター構成 spark.task.resource.gpu.amount に既定値の 1 を使用することを推奨しています。それ以外の場合、この Spark タスクに割り当てられた追加の GPU はアイドル状態となります。

次に例を示します。

from xgboost.spark import SparkXGBClassifier
classifier = SparkXGBClassifier(num_workers=sc.defaultParallelism, use_gpu=True)

ノートブックの例

このノートブックは、Spark MLlib での Python パッケージ xgboost.spark の使用を示しています。

PySpark-XGBoost ノートブック

ノートブックを入手

非推奨の `sparkdl.xgboost` モジュールの移行ガイド

from sparkdl.xgboost import XgboostRegressor を from xgboost.spark import SparkXGBRegressor に置き換え、from sparkdl.xgboost import XgboostClassifier を from xgboost.spark import SparkXGBClassifier に置き換えます。
推定器コンストラクターのすべてのパラメーター名を camelCase スタイルから snake_case スタイルに変更します。たとえば、XgboostRegressor(featuresCol=XXX) を SparkXGBRegressor(features_col=XXX) に変更します。
パラメーター use_external_storage と external_storage_precision が削除されました。 xgboost.spark 推定器では、DMatrix データイテレーション API を使用してメモリをより効率的に使用することができます。非効率的な外部ストレージモードを使用する必要がなくなりました。非常に大規模なデータセットの場合、Databricks では num_workers パラメーターを増やすことを推奨しています。これにより、各トレーニングタスクでデータが小さく、管理しやすいデータパーティションにパーティション分割されます。クラスター内の Spark タスクスロットの合計数に num_workers を設定する num_workers = sc.defaultParallelism を設定することを検討してください。
xgboost.spark で定義されている推定器に対して num_workers=1 を設定すると、1 つの Spark タスクでモデルトレーニングが実行されます。これにより、Spark クラスター構成設定 spark.task.cpus で指定された CPU コア数 (既定では 1) が使用されます。より多くの CPU コアを使用してモデルをトレーニングするには、num_workers または spark.task.cpus を増やします。 xgboost.spark で定義されている推定器に対して nthread または n_jobs パラメーターを設定することはできません。この動作は、非推奨の sparkdl.xgboost パッケージで定義されている推定器の以前の動作とは異なります。

`sparkdl.xgboost` モデルを `xgboost.spark` モデルに変換する

sparkdl.xgboost モデルは、xgboost.spark モデルとは異なる形式で保存され、パラメーター設定が異なります。モデルを変換するには、次のユーティリティ関数を使用します。

def convert_sparkdl_model_to_xgboost_spark_model(
  xgboost_spark_estimator_cls,
  sparkdl_xgboost_model,
):
  """
  :param xgboost_spark_estimator_cls:
      `xgboost.spark` estimator class, e.g. `xgboost.spark.SparkXGBRegressor`
  :param sparkdl_xgboost_model:
      `sparkdl.xgboost` model instance e.g. the instance of
       `sparkdl.xgboost.XgboostRegressorModel` type.

  :return
      A `xgboost.spark` model instance
  """

  def convert_param_key(key):
    from xgboost.spark.core import _inverse_pyspark_param_alias_map
    if key == "baseMarginCol":
      return "base_margin_col"
    if key in _inverse_pyspark_param_alias_map:
      return _inverse_pyspark_param_alias_map[key]
    if key in ['use_external_storage', 'external_storage_precision', 'nthread', 'n_jobs', 'base_margin_eval_set']:
      return None
    return key

  xgboost_spark_params_dict = {}
  for param in sparkdl_xgboost_model.params:
    if param.name == "arbitraryParamsDict":
      continue
    if sparkdl_xgboost_model.isDefined(param):
      xgboost_spark_params_dict[param.name] = sparkdl_xgboost_model.getOrDefault(param)

  xgboost_spark_params_dict.update(sparkdl_xgboost_model.getOrDefault("arbitraryParamsDict"))

  xgboost_spark_params_dict = {
    convert_param_key(k): v
    for k, v in xgboost_spark_params_dict.items()
    if convert_param_key(k) is not None
  }

  booster = sparkdl_xgboost_model.get_booster()
  booster_bytes = booster.save_raw("json")
  booster_config = booster.save_config()
  estimator = xgboost_spark_estimator_cls(**xgboost_spark_params_dict)
  sklearn_model = estimator._convert_to_sklearn_model(booster_bytes, booster_config)
  return estimator._copyValues(estimator._create_pyspark_model(sklearn_model))

# Example
from xgboost.spark import SparkXGBRegressor

new_model = convert_sparkdl_model_to_xgboost_spark_model(
  xgboost_spark_estimator_cls=SparkXGBRegressor,
  sparkdl_xgboost_model=model,
)

sparkdl.xgboost モデルを最後のステージとして含む pyspark.ml.PipelineModel モデルがある場合は、sparkdl.xgboost モデルのステージを変換された xgboost.spark モデルに置き換えることができます。

pipeline_model.stages[-1] = convert_sparkdl_model_to_xgboost_spark_model(
  xgboost_spark_estimator_cls=SparkXGBRegressor,
  sparkdl_xgboost_model=pipeline_model.stages[-1],
)

Share via

`xgboost.spark` を使用した XGBoost モデルの分散トレーニング

必要条件

`xgboost.spark` パラメーター

分散トレーニング

スパース特徴データセットのトレーニングの最適化を有効にする

GPU トレーニング

ノートブックの例

PySpark-XGBoost ノートブック

非推奨の `sparkdl.xgboost` モジュールの移行ガイド

`sparkdl.xgboost` モデルを `xgboost.spark` モデルに変換する

その他のリソース

Share via

xgboost.spark を使用した XGBoost モデルの分散トレーニング

必要条件

xgboost.spark パラメーター

分散トレーニング

スパース特徴データセットのトレーニングの最適化を有効にする

GPU トレーニング

ノートブックの例

PySpark-XGBoost ノートブック

非推奨の sparkdl.xgboost モジュールの移行ガイド

sparkdl.xgboost モデルを xgboost.spark モデルに変換する

その他のリソース

`xgboost.spark` を使用した XGBoost モデルの分散トレーニング

`xgboost.spark` パラメーター

非推奨の `sparkdl.xgboost` モジュールの移行ガイド

`sparkdl.xgboost` モデルを `xgboost.spark` モデルに変換する