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Testing machine learning development

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Testing machine learning development

code testing for machine learning development

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shibuiwilliam

March 17, 2022

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Transcript

  1. 自己紹介 shibui yusuke • 自動運転スタートアップのティアフォー所属 • MLOpsエンジニア & インフラエンジニア &

    データエンジニア • もともとクラウド基盤の開発、運用。 • ここ5年くらいMLOpsで仕事。 • Github: @shibuiwilliam • Qiita: @cvusk • FB: yusuke.shibui • 最近やってること: IstioとGoとデータ分析 cat : 0.55 dog: 0.45 human : 0.70 gorilla : 0.30 物体検知
  2. 本を出版しました! • AIエンジニアのための 機械学習システムデザインパターン • 2021年5月17日発売 • https://www.amazon.co.jp/dp/4798169447/ • 機械学習と銘打ってるのに

    KubernetesとIstioに 詳しくなれる一冊です! • Amazon.co.jp 情報学・情報科学部門  1位! 人工知能部門 1位! • 増刷決定! • 韓国語版と中国語版(台湾)も出るらしい!
  3. モデル開発のテスト • ソフトウェア開発ではプログラムを通してロジックをテストする • 機械学習ではコードを通してデータで確率をテストする YES or NO 0 ~

    1 ソフトウェア開発のテスト 機械学習のテスト 入力 正解 出力 assert 関数 指標 推論 evaluate モデル 関数 テスト通過率:95/100 Accuracy:99% Precision:95% Recall:60% 7 データ
  4. モデル開発のテスト • ソフトウェア開発ではプログラムを通してロジックをテストする • 機械学習ではコードを通してデータで確率をテストする YES or NO 0 ~

    1 ソフトウェア開発のテスト 機械学習のテスト 入力 正解 出力 assert 関数 指標 推論 evaluate モデル 関数 テスト通過率:95/100 Accuracy:99% Precision:95% Recall:60% 8 データ
  5. 汎用的っぽい関数が汎用的とは限らない • 前処理は扱うデータに応じて書く必要がある。 ◦ 例:細長い画像が入る可能性のある データをどうリサイズ、クロップ する? ▪ パディングしてからリサイズ ▪

    最初にリサイズ ▪ クロップしたリサイズ ▪ ある程度リサイズして パディングしてリサイズ • Utilityとして作った前処理関数が汎用的に 使えるとは限らない。 • Utilityの変更→他のモデル開発に影響。 データ取得 テンソル化 リサイズ クロップ 標準化 学習 このあたりを 汎用的に使う 共通の関数に することは多い
  6. データに依存するならデータとともにテスト • ユニットテスト: 個々のタスクをテストする ◦ 対象:コード品質やロジック • 接続テスト: 少量データを用いた短い Epochで

    学習パイプラインをテストする ◦ 対象:学習パイプラインとモデル開発 • 機械学習としてのテスト: テストデータでモデルを評価する ◦ 対象:モデルの品質 • 受け入れテスト: 推論器の稼働をテストする ◦ 対象:本番システム データ取得 前処理 学習 評価 リリース 少量データ
  7. データに依存するならデータとともにテスト • 接続テスト: 少量データを用いた短い Epochで 学習パイプラインをテストする ◦ 対象:学習パイプラインとモデル開発 ◦ サンプルデータでコードが動くことを

    E2E にテストする ◦ 学習が進むこと(損失関数が下がる こと)を確認する ◦ 学習済みモデルを読み込んで 評価コードが動くことをテストする ◦ 大量のGPUを使う前にコードをテストし たい データ取得 前処理 学習 評価 リリース 少量データ
  8. ユニットテストの例 def resize_image( img: np.ndarray, width: int, height: int, )

    -> np.ndarray: resize_img = cv2.resize(img, (width, height)) return resize_img a = np.random.randint(0, 255, (2, 4, 3)) @pytest.mark.parametrize( ("img", "width", "height"), [(a, 20, 30)], ) def test_resize_image( img: np.ndarray, width: int, height: int, ): resize_img = resize_image(img, width, height) assert resize_img.shape = (width, height, 3) • 普通のユニットテストを書く。
  9. 接続テストの例 # 仮のコードです def make_dataloader(data_path: str) -> DataLoader: return dataloader(data_path)

    def train(model: nn.Module, epochs: int, trainloader: DataLoader) -> List[float]: losses = [] for epoch in range(epochs): average_loss = train_once(model, trainloader) losses.append(average_loss) model.save() return losses def evaluate(model_path: str, testloader: DataLoader) -> List[float]: predictor = Model(model_path) evaluations = predictor.evaluate(testloader) return evaluations • 少量データで動かす。 @pytest.mark.parametrize( (“model”, "train_path", “test_path” “epochs”), [(model, “/tmp/small_train/”, “/tmp/small_test/”, 10)], ) def test_train( model: nn.Module, train_path: str, test_path: str, epochs: int, ): trainloader = make_dataloader(train_path) testloader = make_dataloader(test_path) init_accuracy = evaluate(model, testloader) losses = train(model, epochs, trainloader) assert losses[0] > losses[-1] trained_accuracy = evaluate(model, testdata) assert init_accuracy < trained_accuracy
  10. データの正しさを残す • 非構造化データの前処理や Augmentationが 想定通りのアウトプットを出していることを 網羅的にテストすることは難しいが、 想定外のデータが混入することは避けたい。 • ランダムサンプリングになるが、 1st

    epochで 前処理された学習データだけ保存しておいて 学習が異常なときに確認できるようにしておく だけでもトラブルシューティングに役立つ。 前処理 学習 1st epochのみ保存
  11. DVCとCML • Data Version Control • データ分析や機械学習で使ったデータを バージョン管理する • Gitみたいに使う

    • https://dvc.org/doc • Continuous Machine Learning • 機械学習のためのCI/CD • GitHub ActionとDVCと組み合わせて データを管理したCI/CDが可能 • https://github.com/iterative/cml
  12. 宣伝 • MLOpsコミュニティを運営してます。 ◦ https://mlops.connpass.com/ • 毎月勉強会開催中! ◦ 7/14はメルカリUSがKubeflow +

    Polyaxonによる 機械学習基盤を説明! ◦ https://mlops.connpass.com/event/215133/ • MLOpsコミュニティ公式ツイッター ◦ @MlopsJ ◦ https://twitter.com/MlopsJ