机器学习项目清单

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原文来自于《Hands-On Machine Learning with Scikit-Learn and TensorFlow》,这是一本系统学习机器学习和深度学习非常不错的入门书籍,理论和实践兼而有之。
此清单可以指导你完成机器学习项目。主要有八个步骤:

将问题框架化并且关注重点。
获取数据。
探索数据以洞悉数据。
准备数据以更好地将基础数据模式暴露给机器学习算法。
探索多种不同的模型并列出最好的那些。
微调模型并将它们组合成一个很好的解决方案。
展示你的解决方案。
启动,监督并维护你的系统。

显然,你应该根据你的需求调整此清单。
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将问题框架化并且关注重点

用业务术语定义目标。
你的解决方案将如何使用?
目前的解决方案 / 解决方法(如果有的话)是什么?
你应该如何解决这个问题(监督 / 非监督,在线 / 离线等)?
如何度量模型的表现?
模型的表现是否和业务目标一致?
达到业务目标所需的最低性能是多少?
类似的问题如何解决?是否可以复用经验或工具?
人员是否专业?
你如何动手解决问题?
列出目前你(或者其他人)所做的假设。
如果可能,验证假设。

获取数据
注意:尽可能自动化,以便你轻松获取新数据。

列出你需要的数据和数据量。
查找并记录你可以获取该数据的位置。
检查它将占用多少存储空间。
检查法律义务并在必要时获取授权。
获取访问权限。
创建工作目录(拥有足够的存储空间)。
获取数据。
将数据转换为你可以轻松操作的格式(不更改数据本身)。
确保删除或保护敏感信息(比如,匿名)。
检查数据的大小和类型(时间序列,样本,地理信息等)。
抽样出测试集,将它放在一边,以后不需要关注它(没有数据窥探!)。

探索数据
注意:尝试从领域专家那获取有关这些步骤的见解。

创建用于探索的数据副本(如有必要,将其取样为可管理的大小)。
创建一个 Jupyter 笔记本来记录你的数据探索。

研究每个属性及其特征:

名称;
类型(分类,整数 / 浮点数,有界 / 无界,文本,结构化数据等);
缺失数据的百分比;
噪声点和它的类型(随机点,异常点,舍入误差等);
对任务可能有用吗?
分布类型(高斯分布,均匀分布,对数分布等)。

对于监督学习任务,确定目标属性。
可视化数据。
研究属性间的相关性。
研究怎如何手动解决问题。
确定你想要应用的有效的转换。
确定有用的额外数据。
记录你所学到的知识。

准备数据
注意:

处理数据副本(保持原始数据集完整)。

为你应用的所有数据转换编写函数,原因有五:

你可以在下次获得新数据集时轻松准备数据
你可以在未来的项目中应用这些转换
用来清洗和准备测试数据集
一旦项目上线你可以用来清洗和准备新的数据集
为了便于将你的准备选择视为超参数

数据清洗:

修正或移除异常值(可选)。
填补缺失值(比如用零,平均值,中位数等)或者删除所在行(或者列)。

特征提取(可选):
丢弃不提供有用信息的属性;

适当的特征工程:

连续特征离散化。
分解特征(比如分类,日期 / 时间等)。
对特征添加有益的转换(比如 log(x),sqrt(x),x^2 等)
Aggregate features into promising new features. 将一些特征融合为有益的新特征

特征缩放:标准化或者正规化特征。

列出有用模型
注意:

如果数据量巨大,你可能需要采样出较小的训练集,以便在合理的时间内训练许多不同的模型(请注意,这会对诸如大型神经网络或随机森林等复杂模型进行处罚)。
再次尝试尽可能自动化这些步骤。

使用标准参数训练许多快速、粗糙的模型(比如线性模型,朴素贝叶斯模型,支持向量机模型,随机森林模型,神经网络等)。

衡量并比较他们的表现。
对于每个模型,使用 N 折交叉验证法,并且计算基于 N 折交叉验证的均值与方差。

分析每种算法的最重要变量。

分析模型产生的错误类型。
人们用什么数据来避免这些错误?

进行一轮快速的特征提取和特征工程。
对之前的五个步骤进行一两次的快速迭代。
列出前三到五名最有用的模型,由其是产生不同类型错误的模型。

微调系统
注意:

这一步你将会使用尽可能多的数据,特别是当你微调结束时。
像之前一样尽可能自动化。

使用交叉验证方法调节超参数

要像调节超参数那样对待数据转换的过程,特别是当你不知如何下手的时候(比如,我应该是用零或中值替换缺失值吗?或者直接丢弃它们?)
除非要探索的超参数值非常少,否则最好使用随机搜索而非网格搜索。如果训练的时间很长,你应该使用贝叶斯优化方法(比如,使用在 Jasper Snoek,Hugo Larochelle 和 Ryan Adams 的论文中描述的,用高斯处理先验)

尝试集成方法,结合最佳模型通常比单独运行它们更好。
一旦你对最终的模型有自信,请在测试集上测量其性能以估计泛化误差。

在测量泛化误差后不要调整模型:你会开始过度拟合测试集的。
展示你的解决方案

将你做的工作整理成文档。

制作精美的演示。
确保你首先突出重点。

解释你的解决方案实现业务目标的原因。

不要忘记展示在这过程中你注意到的有趣的点。
描述哪些有效,哪些无效。

- 列出你的假设和系统的限制。
确保通过精美的可视化或易于记忆的陈述来传达你的主要发现(例如,“收入中位数是房价的第一预测因子”)。
启动

准备好生产解决方案(插入生产数据输入,编写单元测试等)。

编写监控代码以定期检查系统的实时性能,并在信号丢失时触发警报。

谨防模型退化:随着数据的进入,模型往往会“腐烂”。
评估模型可能需要大量的人力(比如,通过众包服务可以解决这个问题)
同时监控输入数据的质量(例如,一个有故障的传感器发送随机数据,或者另外一个团队的输出变得陈旧),这对于在线学习系统尤其重要。

定期在新数据上重新训练模型(尽可能自动化)。

正文完
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