Co to jest konstruktor modelu i jak działa?

ML.NET Model Builder to intuicyjne graficzne rozszerzenie programu Visual Studio do tworzenia, trenowania i wdrażania niestandardowych modeli uczenia maszynowego. Używa zautomatyzowanego uczenia maszynowego (AutoML) do eksplorowania różnych algorytmów i ustawień uczenia maszynowego, aby ułatwić znalezienie tego, który najlepiej pasuje do danego scenariusza.

Do korzystania z narzędzia Model Builder nie potrzebujesz specjalistycznej wiedzy dotyczącej uczenia maszynowego. Wszystko, czego potrzebujesz, to niektóre dane i problem do rozwiązania. Narzędzie Model Builder generuje kod, aby dodać model do aplikacji platformy .NET.

Tworzenie projektu konstruktora modelu

Po pierwszym uruchomieniu narzędzia Model Builder zostanie wyświetlony monit o nadenie projektu nazwy, a następnie utworzenie mbconfig pliku konfiguracji wewnątrz projektu. Plik mbconfig śledzi wszystko, co robisz w narzędziu Model Builder, aby umożliwić ponowne otwarcie sesji.

Po trenowaniu trzy pliki są generowane w pliku *.mbconfig:

• Model.consumption.cs: ten plik zawiera ModelInput schematy i oraz ModelOutputPredict funkcję wygenerowaną do korzystania z modelu.
• Model.training.cs: ten plik zawiera potok trenowania (przekształcenia danych, algorytm, hiperparametry algorytmu) wybrany przez konstruktora modeli do trenowania modelu. Tego potoku można użyć do ponownego trenowania modelu.
• Model.zip: jest to serializowany plik zip reprezentujący wytrenowany model ML.NET.

Podczas tworzenia mbconfig pliku zostanie wyświetlony monit o podanie nazwy. Ta nazwa jest stosowana do plików zużycia, trenowania i modelu. W tym przypadku używana nazwa to Model.

Scenariusz

Możesz przenieść wiele różnych scenariuszy do narzędzia Model Builder, aby wygenerować model uczenia maszynowego dla aplikacji.

Scenariusz to opis typu przewidywania, który chcesz utworzyć przy użyciu danych. Na przykład:

• Przewidywanie przyszłej wielkości sprzedaży produktów na podstawie historycznych danych sprzedaży.
• Klasyfikowanie tonacji jako pozytywnych lub negatywnych na podstawie recenzji klientów.
• Wykryj, czy transakcja bankowa jest fałszywa.
• Kierowanie problemów z opiniami klientów do właściwego zespołu w firmie.

Każdy scenariusz jest mapowy na inne zadanie uczenia maszynowego, w tym:

Zadanie	Scenariusz
Klasyfikacja binarna	Klasyfikacja danych
Klasyfikacja wieloklasowa	Klasyfikacja danych
Klasyfikacja obrazów	Klasyfikacja obrazów
Klasyfikacja tekstu	Klasyfikacja tekstu
Regresja	Przewidywanie wartości
Zalecenie	Zalecenie
Prognozowanie	Prognozowanie

Na przykład scenariusz klasyfikowania tonacji jako pozytywnych lub negatywnych będzie należeć do zadania klasyfikacji binarnej.

Aby uzyskać więcej informacji na temat różnych zadań uczenia maszynowego obsługiwanych przez ML.NET, zobacz Zadania uczenia maszynowego w ML.NET.

Który scenariusz uczenia maszynowego jest odpowiedni dla mnie?

W narzędziu Model Builder należy wybrać scenariusz. Typ scenariusza zależy od typu przewidywania, który próbujesz wykonać.

Tabelaryczny

Klasyfikacja danych

Klasyfikacja służy do kategoryzowania danych w kategoriach.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

SepalLength	SepalWidth	Długość płatka	Szerokość płatka	Gatunki
5,1	3.5	1.4	0,2	setosa

Przewidywane gatunki
setosa

Przewidywanie wartości

Przewidywanie wartości, które należy do zadania regresji, służy do przewidywania liczb.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

vendor_id	rate_code	passenger_count	trip_time_in_secs	trip_distance	payment_type	fare_amount
CMT	1	1	1271	3,8	CRD	17.5

Przewidywana taryfa
4.5

Zalecenie

Scenariusz rekomendacji przewiduje listę sugerowanych elementów dla określonego użytkownika, na podstawie tego, jak podobne są ich polubienia i niechęci do innych użytkowników".

Możesz użyć scenariusza rekomendacji, gdy masz zestaw użytkowników i zestaw "produktów", takich jak elementy do zakupu, filmów, książek lub programów telewizyjnych, wraz z zestawem "klasyfikacji" tych produktów użytkowników.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

Identyfikator użytkownika	Identyfikator produktu	Rating
1	2	4.2

Przewidywana ocena
4.5

Prognozowanie

Scenariusz prognozowania używa danych historycznych z szeregami czasowymi lub składnikami sezonowymi.

Scenariusz prognozowania umożliwia prognozowanie zapotrzebowania lub sprzedaży produktu.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

Data	SaleQty
1/1/1970	1000

Prognoza 3-dniowa
[1000,1001,1002]

Przetwarzanie obrazów

Klasyfikacja obrazów

Klasyfikacja obrazów służy do identyfikowania obrazów różnych kategorii. Na przykład różne rodzaje terenu lub zwierząt lub wad produkcyjnych.

Możesz użyć scenariusza klasyfikacji obrazów, jeśli masz zestaw obrazów i chcesz sklasyfikować obrazy w różnych kategoriach.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

Prognozowana etykieta
Pies

Wykrywanie obiektów

Wykrywanie obiektów służy do lokalizowania i kategoryzowania jednostek na obrazach. Na przykład lokalizowanie i identyfikowanie samochodów i osób na obrazie.

Wykrywanie obiektów można użyć, gdy obrazy zawierają wiele obiektów różnych typów.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

Przetwarzanie języka naturalnego

Klasyfikacja tekstu

Klasyfikacja tekstu kategoryzuje nieprzetworzone wprowadzanie tekstu.

Możesz użyć scenariusza klasyfikacji tekstu, jeśli masz zestaw dokumentów lub komentarzy i chcesz je sklasyfikować w różnych kategoriach.

Przykładowe dane wejściowe

Przykładowe dane wyjściowe

Wykonaj przegląd
Naprawdę lubię ten stek!

Opinia
Pozytywne

Środowisko

Model uczenia maszynowego można trenować lokalnie na maszynie lub w chmurze na platformie Azure, w zależności od scenariusza.

Podczas trenowania lokalnego pracujesz w ramach ograniczeń zasobów komputera (procesora CPU, pamięci i dysku). Podczas trenowania w chmurze możesz skalować zasoby w górę, aby spełnić wymagania scenariusza, szczególnie w przypadku dużych zestawów danych.

Scenariusz	Procesor lokalny	Lokalny procesor GPU	Azure
Klasyfikacja danych	✔️	❌	❌
Przewidywanie wartości	✔️	❌	❌
Zalecenie	✔️	❌	❌
Prognozowanie	✔️	❌	❌
Klasyfikacja obrazów	✔️	✔️	✔️
Wykrywanie obiektów	❌	❌	✔️
Klasyfikacja tekstu	✔️	✔️	❌

Data

Po wybraniu scenariusza narzędzie Model Builder prosi o podanie zestawu danych. Dane są używane do trenowania, oceniania i wybierania najlepszego modelu dla danego scenariusza.

Narzędzie Model Builder obsługuje zestawy danych w formatach .tsv, .csv, .txt i SQL Database. Jeśli masz plik .txt, kolumny powinny być oddzielone wartościami ,, ;lub \t.

Jeśli zestaw danych składa się z obrazów, obsługiwane typy plików to .jpg i .png.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Ładowanie danych szkoleniowych do narzędzia Model Builder.

Wybieranie danych wyjściowych do przewidywania (etykieta)

Zestaw danych to tabela wierszy przykładów trenowania i kolumn atrybutów. Każdy wiersz ma:

• etykieta (atrybut, który chcesz przewidzieć)
• funkcje (atrybuty używane jako dane wejściowe do przewidywania etykiety)

W scenariuszu przewidywania cen domu funkcje mogą być następujące:

• Kwadratowy materiał z domu.
• Liczba sypialni i łazienek.
• Kod pocztowy.

Etykieta jest historyczną ceną domu dla tego wiersza materiału kwadratowego, sypialni i wartości łazienki i kodu pocztowego.

Przykładowe zestawy danych

Jeśli nie masz jeszcze własnych danych, wypróbuj jeden z następujących zestawów danych:

Scenariusz	Przykład	Data	Etykieta	Funkcje
Klasyfikacja	Przewidywanie anomalii sprzedaży	dane sprzedaży produktów	Sprzedaż produktu	Month
	Przewidywanie tonacji komentarzy w witrynie internetowej	dane komentarzy w witrynie sieci Web	Etykieta (0, gdy negatywna tonacja, 1, gdy dodatnia)	Komentarz, Rok
	Przewidywanie fałszywych transakcji kart kredytowych	dane karty kredytowej	Klasa (1, gdy fałszywe, 0 w przeciwnym razie)	Amount, V1-V28 (funkcje anonimowe)
	Przewidywanie typu problemu w repozytorium GitHub	Dane dotyczące problemów z usługą GitHub	Obszar	Tytuł, opis
Przewidywanie wartości	Przewidywanie ceny taryf taksówek	dane taryfy taksówek	Taryfy	Czas podróży, odległość
Klasyfikacja obrazów	Przewidywanie kategorii kwiatu	obrazy kwiatów	Rodzaj kwiatu: daisy, mniszek, róże, słoneczniki, tulipany	Same dane obrazu
Zalecenie	Przewidywanie filmów, które ktoś polubi	oceny filmów	Użytkownicy, filmy	Oceny

Szkolenie

Po wybraniu scenariusza, środowiska, danych i etykiety konstruktor modelu trenuje model.

Co to jest szkolenie?

Trenowanie to proces automatyczny, za pomocą którego narzędzie Model Builder uczy modelu, jak odpowiadać na pytania dotyczące danego scenariusza. Po wytrenowanym modelu można przewidywać dane wejściowe, których wcześniej nie widział. Jeśli na przykład przewidujesz ceny domów i na rynku pojawi się nowy dom, możesz przewidzieć jego cenę sprzedaży.

Ponieważ narzędzie Model Builder używa zautomatyzowanego uczenia maszynowego (AutoML), nie wymaga żadnych danych wejściowych ani dostrajania podczas trenowania.

Jak długo należy trenować?

Narzędzie Model Builder używa rozwiązania AutoML do eksplorowania wielu modeli w celu znalezienia najlepszego modelu.

Dłuższe okresy trenowania umożliwiają automl eksplorowanie większej liczby modeli z szerszym zakresem ustawień.

Poniższa tabela zawiera podsumowanie średniego czasu potrzebnego na uzyskanie dobrej wydajności dla zestawu przykładowych zestawów danych na komputerze lokalnym.

Rozmiar zestawu danych	Średni czas trenowania
0 – 10 MB	10 s
10– 100 MB	10 minut
100–500 MB	30 min
500– 1 GB	60 min
1 GB+	3+ godziny

Te liczby są tylko przewodnikiem. Dokładna długość szkolenia zależy od:

• Liczba funkcji (kolumn) używanych jako dane wejściowe do modelu.
• Typ kolumn.
• Zadanie uczenia maszynowego.
• Wydajność procesora CPU, dysku i pamięci maszyny używanej do trenowania.

Zazwyczaj zaleca się użycie więcej niż 100 wierszy jako zestawów danych z mniejszą mniejszą ilością niż te, które mogą nie generować żadnych wyników.

Evaluate

Ocena to proces mierzenia, jak dobry jest model. Narzędzie Model Builder używa wytrenowanego modelu do przewidywania z nowymi danymi testowymi, a następnie mierzy, jak dobre są przewidywania.

Konstruktor modelu dzieli dane treningowe na zestaw treningowy i zestaw testowy. Dane szkoleniowe (80%) są używane do trenowania modelu, a dane testowe (20%) są wstrzymane w celu oceny modelu.

Jak mogę zrozumieć wydajność modelu?

Scenariusz jest mapowy na zadanie uczenia maszynowego. Każde zadanie uczenia maszynowego ma własny zestaw metryk oceny.

Przewidywanie wartości

Domyślna metryka problemów z przewidywaniem wartości to RSquared, wartość zakresów RSquared z zakresu od 0 do 1. 1 jest najlepszą możliwą wartością lub innymi słowy bliżej wartości RSquared do 1, tym lepiej działa model.

Inne metryki zgłaszane, takie jak utrata bezwzględna, utrata kwadratowa i utrata usługi RMS, to dodatkowe metryki, których można użyć do zrozumienia, jak działa model i porównać go z innymi modelami przewidywania wartości.

Klasyfikacja (2 kategorie)

Domyślna metryka problemów klasyfikacji to dokładność. Dokładność definiuje proporcję prawidłowych przewidywań, które model wykonuje w przypadku zestawu danych testowych. Im bliżej 100% lub 1,0, tym lepiej jest.

Inne metryki zgłaszane, takie jak AUC (Obszar pod krzywą), które mierzy rzeczywistą dodatnią stopę, a współczynnik wyników fałszywie dodatnich powinien być większy niż 0,50, aby modele byłyby akceptowalne.

Dodatkowe metryki, takie jak wynik F1, mogą służyć do kontrolowania równowagi między precyzją i kompletnością.

Klasyfikacja (3+ kategorie)

Domyślna metryka klasyfikacji wieloklasowej to Micro Accuracy. Im większa dokładność mikro do 100% lub 1,0, tym lepiej jest.

Kolejną ważną metryczką klasyfikacji wieloklasowej jest dokładność makr, podobnie jak w przypadku mikro-dokładności bliżej 1,0, tym lepiej jest. Dobrym sposobem myślenia o tych dwóch typach dokładności jest:

• Micro-accuracy: Jak często bilet przychodzący jest klasyfikowany do odpowiedniego zespołu?
• Dokładność makr: W przypadku przeciętnego zespołu, jak często bilet przychodzący jest poprawny dla swojego zespołu?

Więcej informacji na temat metryk oceny

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Metryki oceny modelu.

Poprawianie

Jeśli wynik wydajności modelu nie jest tak dobry, jak chcesz, możesz:

• Trenowanie przez dłuższy czas. Dzięki większemu czasowi zautomatyzowane aparat uczenia maszynowego eksperymentuje z większą ilością algorytmów i ustawień.

• Dodaj więcej danych. Czasami ilość danych nie wystarczy do wytrenowania wysokiej jakości modelu uczenia maszynowego. Dotyczy to szczególnie zestawów danych, które mają niewielką liczbę przykładów.

• Zrównoważ dane. W przypadku zadań klasyfikacji upewnij się, że zestaw trenowania jest zrównoważony w różnych kategoriach. Jeśli na przykład masz cztery klasy dla 100 przykładów szkoleniowych, a dwie pierwsze klasy (tag1 i tag2) są używane dla 90 rekordów, ale pozostałe dwie (tag3 i tag4) są używane tylko na pozostałych 10 rekordach, brak zrównoważonych danych może spowodować, że model będzie miał trudności z prawidłowym przewidywaniem tag3 lub tag4.

Zużyj

Po fazie oceny narzędzie Model Builder generuje plik modelu i kod, którego można użyć do dodania modelu do aplikacji. ML.NET modele są zapisywane jako plik zip. Kod do załadowania i użycia modelu jest dodawany jako nowy projekt w rozwiązaniu. Konstruktor modelu dodaje również przykładową aplikację konsolową, którą można uruchomić, aby zobaczyć model w działaniu.

Ponadto narzędzie Model Builder umożliwia tworzenie projektów korzystających z modelu. Obecnie narzędzie Model Builder utworzy następujące projekty:

• Aplikacja konsolowa: tworzy aplikację konsolową platformy .NET w celu przewidywania na podstawie modelu.
• Internetowy interfejs API: tworzy internetowy interfejs API platformy ASP.NET Core, który umożliwia korzystanie z modelu przez Internet.

Co dalej?

Zainstaluj rozszerzenie programu Visual Studio w programie Model Builder.

Wypróbuj przewidywanie cen lub dowolny scenariusz regresji.