29
Class summary

VSSML16 LR2. Summary Day 2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: VSSML16 LR2. Summary Day 2

Class summary

Page 2: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 2

Day 2 – Morning sessions

Page 3: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 3

Basic transformations

ExpectationsPoul Petersen

Reality

$

ML­ready data needs work!!!Any data is always ML­ready

What does ML­ready mean?● Machine Learning algorithms consume instances of the question that you want to 

model. Each row must describe one of the instances and each column a property of the instance

● Fields can be:– already present in your data– derived from your data– generated using other fields

Page 4: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 4

Basic transformations

● Select  the  right  model  for  the  problem  you  want  to  solve: Classification,  regression,  cluster  analysis,  anomaly  detection, association discovery

● Perform  cleansing,  denormalizing,  aggregating,  pivoting,  and other  data  wrangling  tasks  to  generate  a  collection  of  instances relevant to the problem at hand. Finally use a very common format as output format: CSV

●  Choose the right format to store each type of feature into a field● Feature  engineering:  Using  domain  knowledge  and  Machine 

Learning  expertise,  generate  explicit  features  that  help  to  better represent the instances (Flatline)

ML-ready steps

Page 5: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 5

Basic transformations

Cleansing:  Homogenize  missing  values  and  different  types  in  the same feature, fix input errors, correct semantic issues, etc.

Denormalizing:  Data  is  usually  normalized  in  relational  databases, ML­Ready  datasets  need  the  information  de­normalized  in  a  single file/dataset.

Aggregation:  When  data  is  stored  as  individual  transactions,  as  in log files, an aggregation to get the entity might be needed

Pivoting: Different values of a feature are pivoted to new columns in the result dataset

Regular  time  windows:  Create  new  features  using  values  over different periods of time

Preprocessing data

Page 6: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 6

Basic transformations

For numeric features: – Discretization: percentiles, within percentiles, groups– Replacement– Normalization– Exponentiation– Shocks (speed of change compared to stdev)

For text features:– Mispellings– Length– Number of subordinate sentences– Language– Levenshtein distance

Stacking

Compute a field using non­linear combinations of other fields

Feature engineering

Page 7: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 7

Basic transformations

● Define a clear idea of the goal.● Understand what ML tasks will achieve the goal.● Understand the data structure to perform those ML tasks.● Find out what kind of data you have and make it ML­Ready

– where is it, how is it stored?– what are the features?– can you access it programmatically?

● Feature Engineering: transform the data you have into the

data you actually need.● Evaluate: Try it on a small scale● Accept that you might have to start over….● But when it works, automate it!!!

Holistic approach

Page 8: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 8

Basic transformations

Command line tools:

join, jq, awk, sed, sort, uniq

Automation:

Shell, Python, etc.

Talend

BigML: flatline, bindings, bigmler, API, whizzml

Relational Db:

MySQL

Non­Relational Db:

MongoDB

Tools that help

Page 9: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 9

Feature Engineering

Data + ML Algorithm, is that enough?

The  ML  Algorithm  only  knows  about  the  features  in  the  dataset. Features can be useless to the algorithm if:

● They are not correlated to the objective to be predicted● Their  values  change  their  meaning  when  combined  with  other 

features

For  ML  Algorithms  to  work  there  must  be  some  kind  of  statistical relation  between  some  of  the  features  and  the  objective. Sometimes,  you  must  transform  the  available  features  to  find  such relations

Feature  engineering:  the  process  of  transforming  raw  data  into machine learning ready­data

Charles Parker

Page 10: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 10

Feature Engineering

When do you need Feature Engineering?● When  the  relationship  between  the  feature  and  the 

objective is mathematically unsatisfying● When  the  relationship  of  a  function  of  two  or  more 

features  with  the  objective  is  far  more  relevant  than  the one of the original features

● When there is missing data● When  the  data  is  time­series,  especially  when  the 

previous time period’s objective is known● When  the data can’t be used  for machine  learning  in  the 

obvious way (e.g., timestamps, text data)

Page 11: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 11

Feature Engineering

Mathematical transformations● Statistical aggregations (group by, all and all­but)● Better categories– too many detailed categories should be avoided– ordered categories can be translated to numeric values. The model will be able to 

extract more information by partinioning the ordered number range● Binning  or  discretization:  consider  whether  your  number  is  more  informative  in 

ranges (quartiles, deciles, percentiles) even for the objective field● Linearization:  non­important  for  decision  trees  but  can  be  for  logistic  regression 

(watch out for exponential distributions)

Missing data● Missing  value  induction  (replace  missings  with  common  values:  mean,  median, 

mode, even with a Machine Learning model)● Missing values presence can be informative, so this can be added as a new feature

Page 12: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 12

Feature Engineering

Time­series transformations● Better  objective  (percent  change  instead  of  absolute 

values)● Deltas from previous reference time points● Deltas from moving average (time windows)● Recent Volatility...

Problem: Exponential explosion of possible transformations

Caveats:● The regularity in time of the points has to match your training data● You have to keep track of past points to compute your windows● Really  easy  to  get  information  leakage  by  including  your  objective  in  a 

window computation (and can be very hard to detect)!

Page 13: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 13

Feature Engineering

Date­time features● Cannot be used “as is” in a model. It's a collection of features. BigML is able to 

decompose  them  automatically  when  they  are  provided  in  the  most  usual formats. With Flatline, you can decompose them all.

● Date­time predicates that the computer does not know (some of them, domain dependent): Working hours? Daylight? Is rush hour?...

Text features● Bag of words: a new feature is associated to each word in the document● Tokenization:  how  do  we  select  tokens?  Do  we  want  n­grams?  What  about 

numbers?● Stemming: grouping forms of the same word in a unique term● Length● Text predicates: Dollar amounts? Dates? Salutations? Please and Thank you?

Page 14: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 14

Feature Engineering

Machine Learning for Feature engineeringLatent Dirichlet Allocation

• Learn word distributions for topics

• Infer topic scores for each document

•  Use  the  topic  scores  as  features  to  a  model  (dimensional reduction)

Distance to cluster Centroids

Stacked Generalization: Classifiers provide new features

Page 15: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 15

Day 2 – Evening sessions

Page 16: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 16

REST API, bindings and basic workflows

jao (José Antonio Ortega)

Academics Real world

How do Machine Learning Workflows look like?

We need high­level tools to face the real world workflows by growing in:

● Automation● Abstraction

Page 17: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 17

REST API, bindings and basic workflows

The foundations● REST  API  first  applications:  Standards  in  software  development. 

First level of abstraction

Client side tools● Web UI:  Sitting on top of the REST API. Human­friendly access and 

visualizations for all the Machine Learning resources. Workflows must be defined and executed step by step. Second level of abstraction.

● Bindings:  Sitting on top of the REST API. Fine­grained accessors for the REST API calls. Workflows must be defined and executed step by step. Second level of abstraction.

● BigMLer: Relying on the bindings. High­level syntax. Entire workflows can be created in only one command line. Third level of abstraction.

Page 18: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 18

REST API, bindings and basic workflows

.

BigMLer automation●  Basic 1­click workflows in one command line● Rich parameterized workflows: feature selection, cross­validation, etc. 

● Models are downloaded to your laptop, tablet, cell phone, etc. once and can be used offline to create predictions

Still..

Great for local predictions

Page 19: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 19

REST API, bindings and basic workflows

.

Problems of client­side solutions● Complexity  Lots  of  details  outside  the  problem 

domain● Reuse No inter­language compatibility● Scalability Client­side workflows hard to optimize● Extensibility BigMLer hides complexity at the cost of 

flexibility● Not enough abstraction

Page 20: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 20

REST API, bindings and basic workflows

.Solution: bringing automation and abstraction to the server­side

 

● DSL for ML workflow automation● Framework for scalable, remote execution of ML workflows

Sophisticated server­side optimizationOut­of­the­box scalability

Client­server brittleness removedInfrastructure for creating and sharing ML scripts and libraries

WhizzML

Page 21: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 21

REST API, bindings and basic workflows

.

WhizzML's new REST API resources:

Scripts:  Executable  code  that  describes  an  actual workflow, taking a list of typed inputs and producing a list of outputs. 

Executions:  Given  a  script  and  a  complete  set  of inputs, the workflow can be executed and its outputs generated.

Libraries:  A  collection  of  WhizzML  definitions  that can be imported by other libraries or scripts.

Page 22: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 22

REST API, bindings and basic workflows

ScriptsCreating scripts

● Usable by any binding (from any language)● Built­in parallelization● BigML resources management as primitives of the language● Complete programming language for workflow definition

Using scripts

Web UI

Bindings

BigMLer

WhizzML

Page 23: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 23

Advanced WhizzML workflows

Charles Parker

WhizzML offers:● Primitives for all ML resources: (datasets, models, clusters, etc.)

● A complete programming language to compose at will these ML resources.

● Parallelization and Scalability built­in.

This empowers the user to benefit from:● Automated feature engineering: Best­first feature selection.

● Automated  configuration  choice:  Randomized  parameter  optimization, SMACdown.

● Complex algorithms as 1­click: Stacked generalization, Boosting.

All of them can be shared, reproduced and reused as one more BigML resource in a language­agnostic way.

Page 24: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 24

Advanced WhizzML workflows

f5 fn

... ...

......

... ...

f5 f7 f5 fn

... ...

......

... ...

f5 f1

Selectedfields

()

(f5)

The best scoreis obtained forthe model with (f5)

The best scoreis obtained forthe model with (f5 f7)

Following iterations don't improve the score for the modelwith (f5 f7), so the process stops

Step 1

Step 2

f1Best­first feature selection

Page 25: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 25

Advanced WhizzML workflows

A new dataset is generatedwith the predictions for the

hold out data

A new metamodel is createdfrom this dataset

50%

Hold out

Stacked generalization

Page 26: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 26

Advanced WhizzML workflows

Configurationrandom

generator

... ...

Bestscore

Process stops when you reach the expected performanceor the user­given iterations limit

+

Randomized parameter optimization

Page 27: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 27

Advanced WhizzML workflows

Configurationrandom

generator

... ...

+ New configurations are filteredaccording to the predictionsof the model of performances

Only promisingconfigurations are analyzed

SMACdown

Page 28: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 28

Advanced WhizzML workflows

… …

The final model is an ensemble of models

T0

F0

T1

F1

T2

F2

F8

T8

Boosting

Page 29: VSSML16 LR2. Summary Day 2

BigML, Inc 29

Advanced WhizzML workflowsScript it once, for everybody anywhere

Publish scripts in the gallery

Add scripts toyour menus