第1回 Jubatusハンズオン

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1. 第1回 Jubatusハンズオン 2013年年 2⽉月18⽇日（⽉月） Jubatus Team
2. ⾃自⼰己紹介 l  海野 　裕也 (Yuya Unno) l  Twitter: @unnonouno l  株式会社Preferred Infrastructure l  専⾨門 l  ⾃自然⾔言語処理理 l  テキストマイニング 2
3. 今⽇日の⽬目標 l  初めて機械学習を使ってみる⼈人も対象です l  機械学習の初歩から説明します l  ⾼高校数学くらいの知識識があればOK l  詳しい⼈人にとっては少し退屈かもしれません 3 Jubatusを使って機械学習に触れてみる
4. アジェンダ l  イントロダクション l  Jubatusを使ってみる l  設定を変更更してみる 4
5. l  イントロダクション l  Jubatusを使ってみる l  設定を変更更してみる 5
6. JubatusはOSSの機械学習フレームワークです 6 リアルタイム ストリーム 分散並列列 深い解析 l  NTT SIC*とPreferred Infrastructureによる共同開発 l  2011年年10⽉月よりOSSで公開 http://jubat.us/ * NTT SIC: NTT研究所 サイバーコミュニケーション研究所 　ソフトウェアイノベーションセンタ
7. 機械学習は「データに基づいに機械が判断を⾏行行う」 技術 l  過去のデータにもとづいて⼈人が判断できるようになる l  同じように過去のデータから機械が判断するようになる のが機械学習 7
8. 複数の選択肢から1つ選ぶのが「多値分類問題」 l  ⼊入⼒力力xに対する出⼒力力yを予想するのが多値分類問題 l  機械学習の⼀一番基本的な問題設定 l  ⼊入出⼒力力の組みをたくさん教えこむ 8 分類器 (classifier) 文書 画像 スポーツ記事 芸能記事 or ⼈人物画像 動物画像 or
9. l  イントロダクション l  Jubatusを使ってみる l  設定を変更更してみる 9
10. Jubatusの分類器を起動しましょう l  jubaclassiferコマンドが分類器のサーバー l  -f で設定を指定して起動する 10 $ jubaclassifier can't start standalone mode without configpath specified usage: jubaclassifier [options] ... options: ... [略略] $ jubaclassifier -f /opt/jubatus/share/ jubatus/example/config/classifier/pa1.json
11. 今⽇日は分散の話はしません l  今⽇日は単体で実⾏行行させます l  分散させません 11
12. Jubatusはサーバー・クライアントモデルで動きま す l  Jubatusクライアント経由でサーバーと通信する l  通信⽅方法などはクライアントライブラリが隠蔽している l  クライアントはC++/Ruby/Python/Javaで⽤用意 12 ユーザープログ ラム Jubatus (jubaclassifier) Jubatusクライ アント 通信 各種言語で実装
13. サンプルを⽤用意したので実⾏行行してみましょう l  jubaclassifierを起動した状態でサンプルを実⾏行行 l  以下の様な結果が出れば成功 13 https://github.com/jubatus/jubatus-example $ cd jubatus-example/gender/python $ ./gender.py female 0.473417669535 male 0.388551652431 female 2.79595327377 male -2.36301612854 ラベルごとのスコア
14. 線形分類は重み付き多数決のイメージ l  特徴毎のスコアを加算して⼤大きい⽅方を採る 14 短髪 男性 女性 0.3 3.2 (+ 1.1 1.8 Tシャツ スカート ⼥女女性だ！ 入力の特徴
15. 学習するときは間違いを正す⽅方向に重みを調整 l  判断が覆るように重みを調整する l  学習アルゴリズム毎に重み調整の度度合いが異異なる 15 短髪 男性 女性 0.8 2.8 (+ 2.5 Tシャツ スカート これらの特徴は男性 的なのかな？ 入力の特徴 違います。男性 です 天の声＝正解 0.5
16. サンプルを読んでみよう l  sample.pyの中は⼤大雑把には以下のとおり 16 #(前略略) client = jubatus.Classifier(host, port) train_data = [ ... ] client.train(name, train_data) test_data = [ ... ] results = client.classify(name, test_data) #(後略略)
17. Jubatusはクライアントオブジェクト経由で使う l  最初にクライアントオブジェクトを⽣生成する l  クライアントオブジェクト経由で操作する 17 #(前略略) client = jubatus.Classifier(host, port) train_data = [ ... ] client.train(name, train_data) test_data = [ ... ] results = client.classify(name, test_data) #(後略略)
18. 正解のわかっているデータを使って学習(train)を⾏行行 う l  最初にクライアントオブジェクトを⽣生成する l  クライアントオブジェクト経由で操作する 18 client = jubatus.Classifier(host, port) train_data = [ ('male’, datum([('hair', 'short’), ...), ... ] client.train(name, train_data) test_data = [ ... ] results = client.classify(name, test_data)
19. 学習したら未分類のデータを分類(classify)する l  最初にクライアントオブジェクトを⽣生成する l  クライアントオブジェクト経由で操作する 19 client = jubatus.Classifier(host, port) train_data = [ ... ] client.train(name, train_data) test_data = [ datum([('hair', 'short'), ... ), ... ] results = client.classify(name, test_data)
20. 単体のデータを表すdatumクラスの構造に注意 l  ⽂文字列列情報と数値情報のリストを別々に指定する l  それぞれは、キーと値のペアのリストになっている l  下のデータは、”hair”が”short”、“top”が”T shirt”、”height”が 1.81と読む 20 datum( [('hair', 'short'), ('top', 'T shirt’),], [('height', 1.81)] )
21. データを追加してみよう l  学習⽤用のデータを増やすと⼀一般的に分類性能が良良くなる l  無限に増やしても、全て当たるようになるわけではない 21 client = jubatus.Classifier(host, port) train_data = [ ('male’, datum([('hair', 'short’), ...), ... # ここにデータを追加 ] client.train(name, train_data) test_data = [ ... ] results = client.classify(name, test_data)
22. ラベルを追加してみよう l  ラベルを細かくすると分類も細かくできる l  粒粒度度を細かくするとそれだけ正解率率率は落落ちるので注意 22 client = jubatus.Classifier(host, port) train_data = [ ('male (adult)’, datum([('hair', 'short’), ...), ... ] client.train(name, train_data) test_data = [ ... ] results = client.classify(name, test_data)
23. l  イントロダクション l  Jubatusを使ってみる l  設定を変更更してみる 23
24. 設定を⾒見見てみよう 24 { "converter" : { ... }, "parameter" : { "regularization_weight" : 1.0 }, "method" : "PA1" } 特徴抽出の設定 学習⽅方法のパラメータ 学習の⽅方法
25. 学習アルゴリズムを変えてみよう l  “method” は学習アルゴリズムを指定する l  “PA1” から ”AROW” に変えてみる l  利利⽤用できるアルゴリズムはドキュメント参照 25 { "converter" : { ... }, "parameter" : { ... }, "method" : ”AROW" }
26. パラメータを変えてみよう l  parameter はどのように学習するかの調整に使われる l  学習で調整されるパラメータとは区別する意味で、ハイ パーパラメータと呼ばれる l  よい値はデータやアプリケーションによって異異なる 26 { "converter" : { ... }, "parameter" : { "regularization_weight" : 10.0 }, "method" : "PA1" }
27. 残りの設定は特徴抽出の設定です l  converter は⽣生のデータをどう扱うかの、特徴抽出に関 する設定 l  設定のしどころであり、学習がうまくいくかの重要な部 分 27 { "converter" : { ... }, “parameter” : { ... }, "method" : "PA1" }
28. タスク固有の問題と⼿手法を分離離している 28 ⽂文書 (0, 1, 0, 2.5, -‐‑‒1, …) (1, 0.5, 0.1, -‐‑‒2, 3, …) (0, 1, 0, 1.5, 2, …) 特徴ベクトル グラフィカルモデル 分類/回帰：SVM, LogReg, PA, CW, ALOW, Naïve Bayes CNB, DT, RF, ANN, … クラスタリング：K-‐‑‒means, Spectral Clustering, MMC, LSI, LDA, GM, … 構造分析：HMM, MRF, CRF, … 画像 センサ情報 ⾏行行動履履歴 分野に依存しない 特徴を捉えた抽象化されたデータ 様々な⼿手法・理理論論を 適⽤用可能 特徴抽出 特徴分析
29. タスク固有の問題と⼿手法の分離離（続） l  特徴抽出と特徴分析を分離離することが重要 l  データの種類、ドメイン、利利⽤用⽬目的に依存せず、様々な 分析を利利⽤用可能なしくみを作ることができる l  利利点 l  システム開発・専⾨門家教育のコストを⼤大きく下げることができ る l  特徴抽出では各問題ドメインに専念念 l  特徴分析では各分析⼿手法に専念念 29
30. ⽣生のデータから特徴を抜き出すのが特徴抽出 l  ⼊入⼒力力された⽣生データの特徴をキーとバリューで表す l  変換の⽅方法はデータの種類によって様々 30 周囲が黄色 1 中心が茶 1 花びらの割合 0.7 ⾼高さ 150 世の中ではビッグデー タというキーワードが 注⽬目されていますが， ⼀一⼝口にビッグデータと いっても⽴立立場や観点に よって定義は様々です． 他の要素は0とする ビッグデータ 2 世の中 1 キーワード 1 定義 1 IT関連 ひまわり 特徴ベクトル 分析結果
31. デフォルトの設定では元の⼊入⼒力力をそのまま使ってい ます 31 { "hair": "short", "top": "T shirt", "bottom": "jeans", "height": 1.70 } hair=short 1.0 top=T shirt 1.0 bottom=jeans 1.0 height 1.70 文字列情報 数値情報
32. ⽂文字列列に対する処理理 32 { "hair": "short", "top": "T shirt", "bottom": "jeans", "height": 1.70 } hair=short 1.0 top=T shirt 1.0 bottom=jeans 1.0 height 1.70 l  キーと値の組み合わ せで、１つの特徴に なるようにする l  値は1.0で固定
33. string_rulesに⽂文字列列データの変換規則を書きます l  key: * 全てのデータに対して、 l  type: str 値をそのまま使う l  sample_weight, global_weight: 重み付けは1.0 33 ... "string_rules" : [ { "key" : "*”, "type" : "str", "sample_weight" : "bin”, "global_weight" : "bin" } ], ...
34. 数値に対する処理理 34 { "hair": "short", "top": "T shirt", "bottom": "jeans", "height": 1.70 } hair=short 1.0 top=T shirt 1.0 bottom=jeans 1.0 height 1.70 l  キーと値をそのまま 特徴の値となるよう にする
35. num_rulesに数値データの変換規則を書きます l  key: * 全てのデータに対して l  type: num 数値をそのまま使う 35 ... ”num_rules" : [ { "key" : "*”, "type" : ”num” } ], ...
36. 特徴の取り⽅方を⼯工夫することで分類精度度が変わりま す l  特徴の粒粒度度が細かすぎても粗すぎても学習はうまくいか ない 36 世の中ではビッグデー タというキーワードが 注⽬目されていますが， ⼀一⼝口にビッグデータと いっても⽴立立場や観点に よって定義は様々です． 世の中ではビッグデータ… 1.0 世の中 1.0 ビッグデータ 2.0 キーワード 1.0 ⽴立立場 1.0
37. スペース区切切りで特徴をとってみましょう l  スペース区切切りを使う場合はtypeにspaceを使う l  他にも特徴の取り⽅方は設定で簡単に変えられるので、ド キュメントを参照 37 ... "string_rules" : [ { "key" : "*”, "type" : “space", "sample_weight" : "bin”, "global_weight" : "bin" } ], ...
38. その他の情報源 l  ドキュメント l  http://jubat.us/ja/ l  特徴抽出や設定周りもひと通り書いてある l  メーリングリスト l  http://groups.google.com/group/jubatus l  ソースとバグ報告 l  https://github.com/jubatus/jubatus 38
39. ⾃自由に改変してみましょう l  jubatus-example以下に、⾊色々サンプルがあるので試し てみる l  分類以外のサンプルもあるが、記述⾔言語が限られている l  よく知られたデータセットを利利⽤用してみる l  http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvmtools/datasets l  news20で検索索 l  Enjoy! 39