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Platform For AI:自動機器學習(AutoML)

更新時間:Dec 05, 2024

自動機器學習(後簡稱AutoML)是阿里雲人工智慧平台 PAI提供的服務,它能按照策略協助您完成最優超參組合搜尋,從而大幅提升模型調優效率。

基礎概念

  • 超參數:是訓練機器學習模型時用到的外部配置參數,在模型訓練開始前設定。超參數不同於模型內部參數,模型內部參數在學習過程中被不斷地更新和最佳化,超參數在學習過程開始前就設定,在模型訓練過程中保持不變。

  • 超參調優:Hyper Parameter Optimization簡稱HPO,是指手動或者自動進行超參數調優,而本文中特指是AutoML提供的對模型參數、訓練參數等進行自動搜尋調優的服務。它能幫您擷取較優參數,提升模型效果,節省演算法工程師調參的時間,讓演算法開發人員聚焦在建模和業務上。

  • 搜尋空間:定義了超參組合的範圍,AutoML會在此範圍內,搜尋最佳的超參組合。

  • 實驗:在PAI的AutoML服務裡,一個實驗的目的是在搜尋空間裡,尋找模型的最佳超參組合。

  • Trial:在PAI的AutoML服務裡,每一個trial會用一組特定的超參數值組合產生和評估模型。一個實驗通過調度運行多個trial,並比較這些trial的結果,達到找到最佳超參組合的目標。更多說明請參見AutoML工作原理

  • 任務類型Trial使用哪種資源和環境進行訓練,當前可以支援使用DLC的計算資源與MaxCompute計算資源。

背景

在機器學習模型中,超參數(Hyper Parameter,簡稱超參)是用來控制模型訓練的一組參數,是訓練機器學習模型時用到的外部配置參數。超參數在模型訓練開始之前應設定好。超參數不同於模型內部參數,模型內部參數在學習過程中被不斷地更新和最佳化。而超參數在學習過程開始前設定,在模型訓練過程中保持不變。

可以把一個模型的n個超參理解成一個n維向量。在模型訓練的實踐中,我們需要從這個模型的所有超參向量範圍裡,找到一個特定的向量值,使得該模型在給定的資料集上獲得最佳效果(比如最小化損失函數loss function的結果)。尋找這個最優超參向量值的過程我們稱之為超參調優(Hyper Parameter Optimization,簡稱HPO)。

舉個簡單的例子,模型有2個超參A和B,A可能的取值有(a,b,c),B可能的取值有(d,e),那麼這個超參調優過程就是從A、B值的6種排列組合裡,選出一種,使得模型訓練有最佳效果。為了選出最優組合,最簡單的方式是在同一個訓練資料集上,把A,B的6種值的組合分別用於模型訓練,然後比較模型在同一組測試資料集上的效果,選出效果最好的模型所用的超參組合。

AutoML HPO介紹

受模型超參數量、每個超參的資料類型和範圍範圍影響,超參調優問題很容易達到很高的複雜度。比如模型有多個超參,有些超參是整型,有些是浮點型,此時超參調優無法通過手工來完成,通過暴力搜尋需要消耗非常大的計算資源,這需要引入自動化的系統來完成這項工作。AutoML服務中的HPO功能,正是協助使用者實現自動超參調優的目標。

AutoML HPO是AutoML提供的對模型參數、訓練超參數(opt、lr)等進行自動搜尋調優的服務,為您提供了易用、有效、準確的自動超參調優服務:

  • 簡化調優工作:通過自動化工具大幅簡化演算法工程師調參工作,節省演算法工程師的調參時間。

  • 訓練更優模型:整合了PAI的多種演算法,能夠有效尋找到最優組合以及對應的模型,協助您訓練出精度更高、效率更高的模型。

  • 節省計算資源:超參調優工具會通過持續的評估,決定是否有必要使用下一組超參組合。這個機制下,可能不需要評估所有組合就已經得到了最優解,能協助您節省計算資源的使用量。

  • 方便應用算力:與DLC、MaxCompute計算資源無縫銜接,方便您靈活配置並使用澎湃算力。

AutoML HPO應用情境

機器學習訓練過程中,需要進行模型參數調優的,都可以使用AutoML HPO,來獲得更好模型。常見的應用情境有下面幾種。

  • 機器學習二分類任務,例如判斷使用者是否是付費使用者。

  • 機器學習迴歸類任務,例如判斷使用者7日預計付費金額。

  • 機器學習聚類任務,例如確定某化妝品牌在某城市劃分幾個買賣點。

  • 推薦情境:排序召回模型調優,提升AUC等指標。

  • 深度學習:增益圖像多分類/視頻多分類等任務的精度。

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