Jak projektować systemy uczenia maszynowego Bisztynek

Systemy uczenia maszynowego (ML) charakteryzują się złożonością i unikatowością. Zmiana w jednym z wielu komponentów może istotnie wpłynąć na całość. Zastosowane w modelach dane diametralnie różnią się od siebie w poszczególnych przypadkach użycia. To wszystko sprawia, że bardzo trudno jest stworzyć taki system, jeśli każdy komponent zostaje zaprojektowany oddzielnie. Aby zbudować aplikację korzystającą z ML i nadającą się do wdrożenia w środowisku produkcyjnym, konieczne jest podejmowanie decyzji projektowych z uwzględnieniem cech systemu jako całości. To książka przeznaczona dla inżynierów, którzy chcą stosować systemy uczenia maszynowego do rozwiązywania rzeczywistych problemów biznesowych. Zaprezentowano w niej systemy ML używane w szybko rozwijających się startupach, a także przedstawiono holistyczne podejście do ich projektowania ... z uwzględnieniem różnych komponentów systemu i celów osób zaangażowanych w proces. Dużo uwagi poświęcono analizie decyzji projektowych, dotyczących między innymi sposobu tworzenia i przetwarzania danych treningowych, wyboru wskaźników, częstotliwości ponownego treningu modelu czy techniki monitorowania pracy aplikacji. Zaprezentowana tu koncepcja iteracyjna natomiast pozwala na uzyskanie pewności, że podejmowane decyzje są optymalne z punktu widzenia pracy całości systemu. Co ważne, poszczególne zagadnienia zostały zilustrowane rzeczywistymi studiami przypadków. W książce między innymi: wybór wskaźników właściwych dla danego problemu biznesowego automatyzacja ciągłego rozwoju, ewaluacji, wdrażania i aktualizacji modeli szybkie wykrywanie i rozwiązywanie problemów podczas wdrożenia produkcyjnego tworzenie wszechstronnej platformy ML odpowiedzialne tworzenie systemów ML Wdrażaj i skaluj modele tak, aby uzyskiwać najlepsze wyniki! Spis treści: Wstęp 1. Przegląd systemów uczenia maszynowego Kiedy należy używać uczenia maszynowego? Przypadki użycia uczenia maszynowego Zrozumienie systemów uczenia maszynowego Uczenie maszynowe w badaniach i przemyśle Krytyka rankingów modeli uczenia maszynowego Systemy uczenia maszynowego a oprogramowanie tradycyjne Podsumowanie 2. Wprowadzenie do projektowania systemów uczenia maszynowego Biznes i cele uczenia maszynowego Wymagania dla systemów uczenia maszynowego Niezawodność Skalowalność Łatwość utrzymania Adaptacyjność Proces iteracyjny Sformalizowanie problemów związanych z uczeniem maszynowym Rodzaje zadań związanych z uczeniem maszynowym Funkcje celu Umysł a dane Podsumowanie 3. Podstawy inżynierii danych Źródła danych Formaty danych JSON Formaty wierszowe i kolumnowe Format tekstowy a binarny Modele danych Model relacyjny Model NoSQL Dane ustrukturyzowane a nieustrukturyzowane Silniki przechowywania danych i ich przetwarzanie Przetwarzanie transakcyjne i analityczne Proces ETL - wyodrębnij, przekształć, wczytaj Tryby przepływu danych Dane przekazywane przez bazy danych Dane przekazywane przez usługi Dane przekazywane przez połączenia w czasie rzeczywistym Przetwarzanie wsadowe a przetwarzanie strumieniowe Podsumowanie 4. Dane treningowe Próbkowanie Próbkowanie nieprobabilistyczne Proste próbkowanie losowe Próbkowanie warstwowe Próbkowanie ważone Próbkowanie do rezerwuaru Próbkowanie istotnościowe Etykietowanie Etykiety nadawane ręcznie Etykiety naturalne Co zrobić w przypadku braku etykiet? Niezrównoważenie klas Wyzwania związane z niezrównoważeniem klas Rozwiązywanie problemu niezrównoważenia klas Generowanie sztucznych danych Proste transformacje zachowujące etykiety Perturbacja Synteza danych Podsumowanie 5. Inżynieria cech Cechy wyuczone a cechy zaprojektowane Operacje często stosowane w inżynierii cech Obsługa wartości brakujących Skalowanie Dyskretyzacja Kodowanie cech skategoryzowanych Krzyżowanie cech Dyskretne i ciągłe osadzenia pozycji Wyciek danych Najczęstsze przyczyny wycieków danych Wykrywanie wycieku danych Tworzenie poprawnych cech Ważność cech Uogólnianie cech Podsumowanie 6. Projektowanie modelu i ewaluacja offline Projektowanie i trenowanie modelu Ewaluacja modeli uczenia maszynowego Metody zespołowe Monitorowanie i wersjonowanie eksperymentów Trenowanie rozproszone Zautomatyzowane uczenie maszynowe (AutoML) Ewaluacja modelu w trybie offline Punkty odniesienia Metody ewaluacji Podsumowanie 7. Wdrażanie modelu i usługi prognozowania Mity związane z wdrażaniem systemów uczenia maszynowego Mit 1. Jednocześnie wdrażamy tylko jeden lub dwa modele Mit 2. Jeśli nic nie zrobimy, wydajność modelu pozostanie taka sama Mit 3. Modeli nie trzeba często aktualizować Mit 4. Większość inżynierów uczenia maszynowego nie musi się przejmować wielkoskalowymi wdrożeniami Prognozowanie wsadowe a prognozowanie online Od prognozowania wsadowego do prognozowania online Ujednolicenie potoku wsadowego i strumieniowego Kompresowanie modelu Faktoryzacja niższego rzędu Destylacja wiedzy Przycinanie Kwantyzacja Uczenie maszynowe w chmurze i na urządzeniu brzegowym Kompilowanie i optymalizowanie modeli dla urządzeń brzegowych Wykorzystanie uczenia maszynowego w przeglądarkach Podsumowanie 8. Zmiana rozkładu danych i monitorowanie Przyczyny awarii w systemach uczenia maszynowego Awarie systemu oprogramowania Awarie specyficzne dla uczenia maszynowego Zmiany rozkładów danych Rodzaje zmian rozkładów danych Ogólne rodzaje zmian rozkładów danych Wykrywanie zmian rozkładów danych Rozwiązywanie problemów związanych ze zmianą rozkładu danych Monitorowanie i obserwowalność Wskaźniki specyficzne dla uczenia maszynowego Narzędzia wspierające proces monitorowania Obserwowalność Podsumowanie 9. Uczenie ciągłe i testy w środowisku produkcyjnym Uczenie ciągłe Ponowne trenowanie bezstanowe i trenowanie stanowe Dlaczego powinno się stosować uczenie ciągłe? Wyzwania związane z uczeniem ciągłym Cztery etapy uczenia ciągłego Jak często należy aktualizować modele? Testowanie w środowisku produkcyjnym Użycie kopii rozwiązania Testy A/B Testy kanarkowe Eksperymenty przeplatane Algorytmy bandyty Podsumowanie 10. Infrastruktura i narzędzia stosowane w metodyce MLOps Pamięć masowa i moc obliczeniowa Chmura publiczna a prywatne centrum danych Środowisko projektowe Konfiguracja środowiska projektowego Proces standaryzacji środowisk projektowych Przejście ze środowiska projektowego do produkcyjnego - kontenery Zarządzanie zasobami Narzędzie cron, zarządcy procesów i orkiestratory Zarządzanie procesami w danetyce Platforma uczenia maszynowego Wdrażanie modelu Magazyn modeli Magazyn cech Tworzyć czy kupować? Podsumowanie 11. Ludzka strona uczenia maszynowego Doświadczenia użytkownika Zapewnianie spójności doświadczeń użytkownika Unikanie prognoz "przeważnie poprawnych" Kompromis szybkość - dokładność Struktura zespołu Współpraca w zespołach międzydyscyplinarnych Wszechstronni danetycy Odpowiedzialna sztuczna inteligencja Nieodpowiedzialna sztuczna inteligencja - studia przypadków Zasady tworzenia odpowiedzialnej sztucznej inteligencji Podsumowanie Epilog O autorze: Chip Huyen działa na pograniczu AI, danych i storytellingu. Wcześniej prowadziła zajęcia z projektowania systemów uczenia maszynowego na Uniwersytecie Stanforda. Jej książka J ak projektować systemy uczenia maszynowego została przetłumaczona na ponad 10 języków.