PyCaretでKaggleの回帰問題に取り組む

PyCaretの研究がてら、Kaggleの回帰問題に取り組んでみました。

https://qiita.com/hanaseleb/items/55ef042f7180a6b15dab

https://pycaret.org/

Transcript

1. はじめに Kaggle 問題にチームで取り組み奮闘記 Pycaret でかんたん AutoML 1
2. 自己紹介 須藤明洋 すとうあきひろ 1984 年生まれ Power BI (2021 年 5 月～) Python (2021 年 9 月～) Rugby (1993 年～) Kendama (2020 年～) Qiita https://qiita.com/hanaseleb 2
3. Pycaret https://techninjahere. medium.com/best- opensource-automl- frameworks- 4e40820e2d79 3
5. Pycaret とは PyCaretは、機械学習のワークフローを自動化する Python 製のオープンソー ス、ローコード機械学習ライブラリです。 エンドツーエンドの機械学習およびモデル管理ツールであり、実験サイクル を指数関数的に高速化し、生産性を高めます。 他のオープンソース機械学習ライブラリと比較して、PyCaretは数百行のコ ードを数行だけで置き換えることができる、代替のローコード・ライブラリ です。これにより、実験が飛躍的に速く、効率的になります。 PyCaret は基本的に、いくつかの機械学習ライブラリやフレー ムワークの Python ラッパーです。 5
6. 機械学習ライブラリ scikit-learn 勾配ブースティング × 決定木 XGBoost LightGBM CatBoost 6
7. 自然言語処理 spaCy ハイパーパラメーター 最適化フレームワーク Optuna Hyperopt 分散実行フレームワーク Ray 7
8. 分析開始 PyCaret の Regression モジュールは、25 以上のすぐに使えるアルゴ リズムと、学習したモデルの性能を分析するためのいくつかのプロッ トが用意されています。 8
9. 前処理は省略します 9
10. データセットの分割 今回のコンクールでは、目的変数が3つあるため、3つの DataSet を作 成します train_3 = train2.drop(columns = ['target_carbon_monoxide', 'target_benzene', 'target_nitrogen_oxides']) test_3 = test2.drop(columns = ['target_carbon_monoxide', 'target_benzene', 'target_nitrogen_oxides']) train_co = train2.drop(columns = ['target_benzene', 'target_nitrogen_oxides']) train_be = train2.drop(columns = ['target_carbon_monoxide', 'target_nitrogen_oxides']) train_no = train2.drop(columns = ['target_carbon_monoxide', 'target_benzene']) 10
11. Pycaret インストールとライブラリのインポート KaggleカーネルやGoogleColabにはプリインストールされていないの で、 pip install をおこないます。 !pip install pycaret from pycaret.regression import * 11
12. Pycaret Quick Start 回帰問題における Pycaret の最小の流れは、 1. setup() 2. create_model() 3. predict_model() の流れです。インスタンスを作成したあと、モデルも決め打ちで、ビ ジュアライズもとくになしで OK であれば、この 3 つの関数に最低限 の引数およびデータを入れてあげればすぐに機械学習を実行すること が可能です 12
13. このコードを実行するだけで、予測値が出力されます。 # Pycaretの最初単位 # !pip install pycaret from pycaret.datasets import get_data from pycaret.regression import * data = get_data('insurance') # テストデータの取得 s = setup(data, target = 'charges') # インスタンスの作成 lr = create_model('lr') # モデルの作成 predictions = predict_model(lr, data=data) # 実行 13
15. scikit-learn での実装例 データセットの分割 特徴量の取捨 グラフの作成 などで多くのコードが必要 15
16. Pycaretでモデルを作成 Kaggleに戻ります。関数は下記を使用します。 1. setup() 2. compare_models() 3. blend_models() 4. tune_model() 5. plot_model() 6. evaluate_model() 7. predict_model() 8. finalize_model() 16
17. setup() この関数は学習環境を初期化し、変換 パイプラインを作成します。Setup 関 数は他の関数を実行する前に呼び出す 必要があります。この関数は、data と target という 2 つの必須パラメーター を受け取ります。その他のパラメータ ーは任意です。 17
19. setup() exp = setup(data=train_co, target='target_carbon_monoxide') 上記コードを実行するとデータ・タイプの一覧が出力され、Enter を 押すと処理が続行、Quitをテキスト入力すると処理が中止されます。 19
21. 処理が終わるとデータ セットの情報を出して くれる。 21
22. compare_models() 回帰用にモデル 20 個以上が使えるようになっている。 それぞれのモデルで交差検証をして評価指数順に並び替えて表示。 top3 = compare_models(sort='RMSLE', n_select=3, fold = 3) 22
24. blend_models() estimator_list パラメーターで渡されたモデルに対して、Voting Regressor を学習します。 blended = blend_models(estimator_list= top3, fold=3, optimize='RMSLE') 24
28. tune_model() tuned_blended = tune_model(blended) 28
30. plot_model() モデルの性能をビジュアライズをして 解析できます。 30
35. evaluate_model() 学習済みモデルの性能を分析するためのユーザインタフェースを表示 します。内部で plot_model 関数を呼び出しています。 evaluate_model(tuned_blended) 35
38. finalize_model() データセット全体に対して学習させます。 final_model = finalize_model(tuned_blended) 38
39. predict_model() 学習されたモデルを用いて Label 列に予測を入れる。 pred_esb = predict_model(tuned_blended) 39
40. predict_model() pred_esb = predict_model(tuned_blended) 40
41. submit サブミット用データの作成をします。 対数を元の数値に変換するため、 np.exp 関数を使用。 sub = pd.read_csv('../input/tabular-playground-series-jul-2021/sample_submission.csv') sub['target_carbon_monoxide'] = np.exp(pred_esb['Label'])-1 41
43. AutoMLの関数化 def pycaret_model(train, target, test, n_select, fold, opt, exclude): print('Setup Your Data....') setup(data=train, target=target, silent= True) print('Comparing Models....') top3 = compare_models(sort=opt, n_select=n_select, fold = fold, exclude = exclude) print('Blending Models....') blended = blend_models(estimator_list= top3, fold=fold) print('Tuning Models....') tuned_blended = tune_model(blended) print('Finallizing Models....') final_model = finalize_model(tuned_blended) print('Done...!!!') pred_esb = predict_model(final_model, test) re = pred_esb['Label'] 43
44. 'target_benzene' と 'target_nitrogen_oxides' の予測 sub['target_benzene'] = np.exp( pycaret_model( train_be, 'target_benzene', test_3, 3, 10, 'RMSLE', ['knn', 'xgboost']) )-1 sub['target_nitrogen_oxides'] = np.exp( pycaret_model( train_no, 'target_nitrogen_oxides', test_3, 3, 10, 'RMSLE', ['xgboost']) ) - 1 44
45. 仕上げ ① leak_sub = pd.read_excel( '../input/air-quality-time-series-data-uci/AirQualityUCI.xlsx' ) [7110:].reset_index( drop = True ) 45
46. 仕上げ ② co_out = leak_sub[leak_sub['CO(GT)'] == -200].index be_out = leak_sub[leak_sub['C6H6(GT)'] == -200].index ni_out = leak_sub[leak_sub['NOx(GT)'] == -200].index leak_sub.loc[co_out, 'CO(GT)'] = sub.loc[co_out, 'target_carbon_monoxide'] leak_sub.loc[be_out, 'C6H6(GT)'] = sub.loc[be_out, 'target_benzene'] leak_sub.loc[ni_out, 'NOx(GT)'] = sub.loc[ni_out, 'target_nitrogen_oxides'] sub['target_carbon_monoxide'] = leak_sub['CO(GT)'] sub['target_benzene'] = leak_sub['C6H6(GT)'] sub['target_nitrogen_oxides'] = leak_sub['NOx(GT)'] 46
47. submit 用の csv を作成 sub.to_csv('sub.csv', index = 0) 47
48. 試行錯誤の開始 48
49. setup() 引数追加 exp = setup(data=train_co, target='target_carbon_monoxide', normalize = True, # 数値列を標準化 numeric_imputation = 'mean', # 欠損値の穴埋め silent= True) # データ型の確認なし 49
50. blend_models() 引数追加 blended = blend_models( estimator_list= best, fold=10, # 交差検証の回数 optimize='RMSLE', # 評価指数 choose_better = True # 結果がよくなるときのみブレンドされたモデルを返す ) 50
52. サーチライブラリの変更 ハイパーパラメーターのチューニングに optuna を使用。 デフォルトは scikit-learn # !pip install optuna tuned_blended = tune_model( blended, optimize='RMSLE', search_library="optuna", # optuna の使用 choose_better = True, n_iter=30 ) 52
53. tune_model()の使用順を変更 53
54. SCORE 54
55. まとめ Pycaretは導入から実行まで簡単便利。 ドキュメントを読み、 各関数の使用順 引数でできること を確認すると機械学習の勉強の整理に役立つ。 55
56. appendix 56
61. ご清聴ありがとうございました。 61