PyCaret是一個(gè)低代碼 Python 機(jī)器學(xué)習(xí)庫，基于流行的 R Caret 庫。它自動(dòng)化了從數(shù)據(jù)預(yù)處理到 i NSight 的數(shù)據(jù)科學(xué)過程，因此短代碼行可以用最少的人工完成每個(gè)步驟。此外，使用簡(jiǎn)單的命令比較和調(diào)整許多模型的能力可以簡(jiǎn)化效率和生產(chǎn)效率，同時(shí)減少創(chuàng)建有用模型的時(shí)間。

PyCaret 團(tuán)隊(duì)在 2 . 2 版中添加了 NVIDIA GPU 支持，包括RAPIDS中所有最新和最偉大的版本。使用 GPU 加速， PyCaret 建模時(shí)間可以快 2 到 200 倍，具體取決于工作負(fù)載。

這篇文章將介紹如何在 GPU 上使用 PyCaret 以節(jié)省大量的開發(fā)和計(jì)算成本。

所有基準(zhǔn)測(cè)試都是在一臺(tái) 32 核 CPU 和四個(gè) NVIDIA Tesla T4 的機(jī)器上運(yùn)行的，代碼幾乎相同。為簡(jiǎn)單起見， GPU 代碼編寫為在單個(gè) GPU 上運(yùn)行。

PyCaret 入門

使用 PyCaret 與導(dǎo)入庫和執(zhí)行 setup 語句一樣簡(jiǎn)單。setup()功能創(chuàng)建環(huán)境，并提供一系列預(yù)處理功能，一氣呵成。

from pycaret.regression import * exp_reg = setup(data = df, target = ‘Year’, session_id = 123, normalize = True)

在一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置之后，數(shù)據(jù)科學(xué)家可以開發(fā)其管道的其余部分，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理/準(zhǔn)備、模型訓(xùn)練、集成、分析和部署。在準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，最好從比較模型開始。

與 PyCaret 的簡(jiǎn)約精神一樣，我們可以通過一行代碼來比較一系列標(biāo)準(zhǔn)模型，看看哪些模型最適合我們的數(shù)據(jù)。 compare _ models 命令使用默認(rèn)超參數(shù)訓(xùn)練 PyCaret 模型庫中的所有模型，并使用交叉驗(yàn)證評(píng)估性能指標(biāo)。然后，數(shù)據(jù)科學(xué)家可以根據(jù)這些信息選擇他們想要使用的模型、調(diào)整和集成。

top3 = compare_models(exclude = [‘ransac’], n_select=3)

比較模型

圖 1 : PyCaret 中 compare _ models 命令的輸出。

**模型從最佳到最差排序， PyCaret 突出顯示了每個(gè)度量類別中的最佳結(jié)果，以便于使用。

用 RAPIDS cuML 加速 PyCaret

PyCaret 對(duì)于任何數(shù)據(jù)科學(xué)家來說都是一個(gè)很好的工具，因?yàn)樗?jiǎn)化了模型構(gòu)建并使運(yùn)行許多模型變得簡(jiǎn)單。使用 GPU s ， PyCaret 可以做得更好。由于 PyCaret 在幕后做了大量工作，因此看似簡(jiǎn)單的命令可能需要很長時(shí)間。例如，我們?cè)谝粋€(gè)具有大約 50 萬個(gè)實(shí)例和 90 多個(gè)屬性（加州大學(xué)歐文分校的年度預(yù)測(cè) MSD 數(shù)據(jù)集）的數(shù)據(jù)集上運(yùn)行了前面的命令。在 CPU 上，花費(fèi)了 3 個(gè)多小時(shí)。在 GPU 上，只花了不到一半的時(shí)間。

在過去，在 GPU 上使用 PyCaret 需要許多手動(dòng)編碼，但謝天謝地， PyCaret 團(tuán)隊(duì)集成了 RAPIDS 機(jī)器學(xué)習(xí)庫（ cuML ），這意味著您可以使用使 PyCaret 如此有效的相同簡(jiǎn)單 API ，同時(shí)還可以使用 GPU 的計(jì)算能力。

在 GPU 上運(yùn)行 PyCaret 往往要快得多，這意味著您可以充分利用 PyCaret 提供的一切，而無需平衡時(shí)間成本。使用剛才提到的同一個(gè)數(shù)據(jù)集，我們?cè)?CPU 和 GPU 上測(cè)試了 PyCaret ML 功能，包括比較、創(chuàng)建、調(diào)優(yōu)和集成模型。切換到 GPU 很簡(jiǎn)單；我們?cè)谠O(shè)置函數(shù)中將use_gpu設(shè)置為True：

exp_reg = setup(data = df, target = ‘Year’, session_id = 123, normalize = True, use_gpu = True)

PyCaret 設(shè)置為在 GPU 上運(yùn)行，它使用 cuML 來訓(xùn)練以下所有型號(hào)：

對(duì)數(shù)幾率回歸

脊分類器

隨機(jī)森林

K 鄰域分類器

K 鄰域回歸器

支持向量機(jī)

線性回歸

嶺回歸

套索回歸

群集分析

基于密度的空間聚類

僅在 GPU 上運(yùn)行相同的compare_models代碼的速度是 GPU 的2.5倍多。

對(duì)于流行但計(jì)算昂貴的模型，在模型基礎(chǔ)上的影響更大。例如， K 鄰域回歸器在 GPU 上的速度是其 265 倍。

圖 2 : CPU 和 GPU 上運(yùn)行的常見 PyCaret 操作的比較。

影響

PyCaret API 的簡(jiǎn)單性釋放了原本用于編碼的時(shí)間，因此數(shù)據(jù)科學(xué)家可以做更多的實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)與 GPU 配合使用時(shí)，這種影響甚至更大，因?yàn)槌浞掷?PyCaret 的評(píng)估和比較工具套件的計(jì)算成本顯著降低。

結(jié)論

廣泛的比較和評(píng)估模型有助于提高結(jié)果的質(zhì)量，而 PyCaret 正是為了這樣做。 GPU 上的 PyCaret 抵消了大量處理所帶來的時(shí)間成本。

RAPIDS 的目標(biāo)是加速您的數(shù)據(jù)科學(xué)， PyCaret 是越來越多的庫之一，它們與 RAPIDS 套件的兼容性有助于為您的機(jī)器學(xué)習(xí)追求帶來新的效率。

PyCaret CPU vs. GPU Benchmarking

Import Libraries

In[]:

						import pycaret

import pandas as pd
import numpy as np

import time

from pycaret.utils import version
version()

Timing

In[]:

						import json
import time

class Timer:
    def __enter__(self, *args, **kwargs):
        self.tick = time.time()
        return self
    
    def __exit__(self, *args, **kwargs):
        self.elapsed = time.time() - self.tick
        
benchmark_list = []

					

Get Data

The dataset we used can be foundhere.

In[]:

						dataset = pd.read_csv('YearPredictionMSd.txt')

					

In[]:

						#fixing attribute labels
names = ['Year']
for x in range(1,13):
    names.append('t_avg_' + str(x)) #these attributes are timbre averages
for x in range(1,79):
    names.append('t_cov_' + str(x)) #these attributes are timbre covariances
dataset.columns = names

dataset.head()

					

Withhold a sample of 600 records from the original dataset to be used for predictions (not to be confused with train/test split).

In[]:

						#gpu data
df = dataset[:463716]
unseen_df = dataset[463716:515346]
unseen_df.reset_index(drop=True, inplace=True)

print('Data for Modeling: ' + str(df.shape))
print('Unseen Data For Predictions: ' + str(unseen_df.shape))

					

Set up Environment in PyCaret

To record CPU times, keepuse_gpu=False, and to record GPU times, set it toTrue. Be sure to update the labels in the timing module at the end of each cell to match what's being recorded.

In[]:

						from pycaret.regression import *
exp_reg = setup(data = df, target = 'Year', session_id = 123, normalize = True, use_gpu=False)

Compare All Models

Not all models can be run on GPU, so even whenuse_gpu=True, those that cannot be run on GPU will automatically be run on CPU. To compare the times of only those models that can be run on GPU,exclude = ['ransac', 'huber', 'par', 'ada', 'omp', 'llar'].

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    best_models = compare_models(exclude = ['ransac'], n_select = 3)
    
benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "compare models"
benchmark_payload["model"] = "all"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Create Models

Here we can time the fitting of an individual model. Linear regression is used for example.

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    lr = create_model('lr', fold = 5)

benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "create model"
benchmark_payload["model"] = "lr"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Tune Models

Here we can time the tuning of a model we've created.

In[]:

						with Timer() as elasped:
    tuned_lr = tune_model(lr)
    
benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "tune model"
benchmark_payload["model"] = "lr"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Ensemble a Model

Blending

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    #train individual models to blend
    xgboost = create_model('xgboost', verbose = False)
    lr = create_model('lr', verbose = False)
    knn = create_model('knn', verbose = False)
    
    #blend individual models
    blender = blend_models(estimator_list = [xgboost, lr, knn])
    
benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "ensemble - blending"
benchmark_payload["model"] = "xgboost, lr, knn"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Stacking

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    stacker = stack_models(best_models)

benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "ensemble - stacking"
benchmark_payload["model"] = "best_models cpu"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Plot Error

In[]:

						plot_model(blender, plot = 'error')

					

In[]:

						plot_model(stacker, plot = 'error')

					

Predict on Hold-Out Sample

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    predict_model(stacker);
    
benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "predict model"
benchmark_payload["model"] = "stacker"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Finalize Model

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    final_stacker = finalize_model(stacker)
    
benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "finalize model"
benchmark_payload["model"] = "stacker"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    predict_model(final_stacker);

benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "predict model"
benchmark_payload["model"] = "final stacker"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Predict on Unseen Data

In[]:

						with Timer() as elapsed:
    unseen_predictions = predict_model(final_stacker, data=data_unseen)
    unseen_predictions.head()
    
benchmark_payload = {}
benchmark_payload["function"] = "predict on unseen"
benchmark_payload["model"] = "final stacker"
benchmark_payload["processor"] = "cpu"
benchmark_payload["fit_time"] = elapsed.elapsed

benchmark_list.append(benchmark_payload)

					

Write Times to File

In[]:

						outpath = "pycaret_benchmarksCPU.json"

with open(outpath, "a") as fh:
    fh.write(json.dumps(benchmark_list))
    fh.write("\n")
					

關(guān)于作者

Sofia Sayyah 是 NVIDIA 的數(shù)據(jù)工程實(shí)習(xí)生。

審核編輯：郭婷

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