Aerosolve 是 Airbnb 公司开源的机器学习库, 更详细的内容请参见: 官方博客, GitHub.
不同于其他开源的机器学习库, Aerosolve 的口号不是"更快,更高,更强",
而是 built for human.
其含义是 用户(即房东)也看得懂模型给出的结果, 作者 Hector Yee 曾在 Spark 大会的讲座上提到过这一点.
用户不需要(也没必要)了解机器学习的相关知识, 即可很直观地从结果中看出:
- 哪些特征会影响房价
- 这些特征有多大影响
Aerosolve 是怎么办到的呢? 答案很简单: 线性模型.
- 按绝对值倒排权重, 这样可以知道哪些特征比较重要.
- 重要程度可通过权重值体现出来.
线性模型天生有着非常好的可解释的特性, 是一种应用相当广泛的白盒模型.
其相关资料多如牛毛, 本文只讲下我对 Aerosolve 如何应用该模型的一些探索.
数据结构
所有定义都在 这两个thrift文件 中,
我们需要关注的有4个: FeatureVector, Example, ModelHeader, ModelRecord.
FeatureVector
struct FeatureVector {
1: optional map<string, set<string>> stringFeatures;
2: optional map<string, map<string, double>> floatFeatures;
3: optional map<string, list<double>> denseFeatures;
}
FeatureVector 是描述特征最基础的单元,
3个 map 属性的 key 被称为 family of features (可以理解为字段名), value 则保存具体的值.
其中 stringFeatures 和 floatFeatures 分别对应"离散值"和"连续值"的概念, 使用频率最高,
而 denseFeatures 是 floatFeatures 的一种特例.
下面是一个 json 格式的示例, geo 和 location 都是 伐木累 的名字.
{
"stringFeatures": {
"geo": [
"San Francisco",
"CA",
"USA"
]
},
"floatFeatures": {
"location": {
"lat": 37.7,
"long": 40
}
}
}
Example
struct Example {
1: optional list<FeatureVector> example;
2: optional FeatureVector context;
}
Example 将有共同特征的 FeatureVector 聚合在一起.
相同的部分保存在 context 中, example 中保存了每个 FeatureVector 不同的特征.
之所以这么做的原因是:
- 节省存储或传输时占用的空间.
- 节省计算资源, 因为 Transform 时只需对 context 做一次计算.
Model相关
ModelHeader记录了模型的相关信息, ModelRecord记录了每个权重的信息和对应的特征.
特征变换(Transform)
FeatureVector 不会直接参与建模, 而是先经过一系列的 on-the-fly 的 Transform,
转换成离散值后以二元变量的形式参与训练.
目前已有几十种 Transform, 主要有两大类方法:
- 将连续值转换为离散值, 即 floatFeatures -> stringFeatures.
- 交叉多个离散值得到新特征, 即生成两种或多种特征的全排列.
模型训练
通过交叉方法可以获得数以万计的特征, 同时也使特征矩阵变得稀疏, 那么训练时只需告诉模型样本有哪些特征即可.
最终得到的权重向量每一维会保存为一条 ModelRecord, 再加上一个 ModelHeader, 就完整地描述了训练出的模型.
从 LinearRankerTrainer.MAX_WEIGHTS 的值可以看出, 目前会保留绝对值最大的100万个权重.
预测 / 模型评估 / Debug
既然特征和模型都是用 thrift 描述的, 那么 Aerosolve 应该是通过 Thrift RPC 提供在线服务.
服务器在收到新样本后, 先根据样本数据构造 FeatureVector, 再应用相同的 Transform, 最后带入模型即可得到预测结果.
没研究 Aerosolve 是怎么做模型评估和 Debug 的.
MLSchema.thrift 中和此相关的有的 EvaluationRecord, DebugScoreRecord, DebugScoreDiffRecord,
搜索类名可以找到相关代码.
备注
- Aerosolve 刚开源时只有2种模型, 当前版本(0.1.32)已有8种, 详见 ModelFactory.java.
- 通过 Aerosolve 附带的 demo 可以很好地了解实现细节.
- 作者推荐通过 Aerosolve 的 test 源码了解使用方法.
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