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【51CTO.com快譯】

有時(shí)作為數(shù)據(jù)科學(xué)家，我們忘了自己是干什么的。我們主要是開發(fā)者，然后是研究者，最后可能是數(shù)學(xué)家。我們的首要責(zé)任是快速開發(fā)沒有錯(cuò)誤的解決方案。

就因?yàn)槲覀兡軜?gòu)建模型并不意味著我們就是神，這沒有給我們編寫垃圾代碼的自由。

自一開始，我犯過很多錯(cuò)誤，想透露一下我認(rèn)為是機(jī)器學(xué)習(xí)工程最常見的技能。我認(rèn)為，這也是眼下業(yè)界最缺乏的技能。

我稱他們?yōu)椴欢浖臄?shù)據(jù)科學(xué)家，因?yàn)樗麄冎泻芏嗳硕际遣皇怯?jì)算機(jī)專業(yè)科班出身的工程師。而我本人就是那樣。

如果要聘一位優(yōu)秀的數(shù)據(jù)科學(xué)家和一位優(yōu)秀的機(jī)器學(xué)習(xí)工程師，我會(huì)聘后者。

1. 學(xué)習(xí)編寫抽象類。

一旦你開始編寫抽象類，就知道可以如何讓你的代碼庫(kù)清晰許多。它們強(qiáng)制執(zhí)行同樣的方法和方法名稱。如果很多人從事同一個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)人會(huì)開始采用不同的方法。這會(huì)造成嚴(yán)重的混亂。 

import os  
from abc import ABCMeta, abstractmethod  
class DataProcessor(metaclass=ABCMeta):  
"""Base processor to be used for all preparation."""  
def __init__(self, input_directory, output_directory):  
self.input_directory = input_directory  
self.output_directory = output_directory  
@abstractmethod  
def read(self):  
"""Read raw data."""  
@abstractmethod  
def process(self):  
"""Processes raw data. This step should create the raw dataframe with all the required features. Shouldn't implement statistical or text cleaning."""  
@abstractmethod  
def save(self):  
"""Saves processed data."""  
class Trainer(metaclass=ABCMeta):  
"""Base trainer to be used for all models."""  
def __init__(self, directory):  
self.directory = directory  
self.model_directory = os.path.join(directory, 'models')  
@abstractmethod  
def preprocess(self):  
"""This takes the preprocessed data and returns clean data. This is more about statistical or text cleaning."""  
@abstractmethod  
def set_model(self):  
"""Define model here."""  
@abstractmethod  
def fit_model(self):  
"""This takes the vectorised data and returns a trained model."""  
@abstractmethod  
def generate_metrics(self):  
"""Generates metric with trained model and test data.""" 
@abstractmethod  
def save_model(self, model_name):  
"""This method saves the model in our required format."""  
class Predict(metaclass=ABCMeta):  
"""Base predictor to be used for all models.""" 
def __init__(self, directory):  
self.directory = directory  
self.model_directory = os.path.join(directory, 'models')  
@abstractmethod  
def load_model(self):  
"""Load model here."""  
@abstractmethod  
def preprocess(self):  
"""This takes the raw data and returns clean data for prediction.""" 
@abstractmethod  
def predict(self):  
"""This is used for prediction."""  
class BaseDB(metaclass=ABCMeta): 
""" Base database class to be used for all DB connectors."""  
@abstractmethod  
def get_connection(self):  
"""This creates a new DB connection."""  
@abstractmethod  
def close_connection(self):  
"""This closes the DB connection."""  

2. 搞定最上面的seed。

試驗(yàn)的可重現(xiàn)性很重要，而seed是大敵。處理好seed。不然，它會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中訓(xùn)練/測(cè)試數(shù)據(jù)的不同分隔和權(quán)重的不同初始化。這會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不一致。 

def set_seed(args):  
random.seed(args.seed)  
np.random.seed(args.seed)  
torch.manual_seed(args.seed)  
if args.n_gpu > 0:  
torch.cuda.manual_seed_all(args.seed)  

3. 從幾行入手。

如果你的數(shù)據(jù)太龐大，又處在編程的后期階段(比如清理數(shù)據(jù)或建模)，就使用nrows避免每次加載龐大數(shù)據(jù)。如果你只想測(cè)試代碼、不想實(shí)際運(yùn)行全部代碼，就使用這招。

如果你的本地PC配置不足以處理數(shù)據(jù)大小，這一招很有用，但你喜歡在Jupyter/VS code/Atom上進(jìn)行本地開發(fā)。 

df_train = pd.read_csv(‘train.csv’, nrows=1000) 

4. 預(yù)料失敗(這是成熟開發(fā)者的標(biāo)志)。

始終檢查數(shù)據(jù)中的NA，因?yàn)檫@些會(huì)在以后給你帶來問題。即便你目前的數(shù)據(jù)沒有任何NA，也并不意味著它不會(huì)出現(xiàn)在將來的再訓(xùn)練循環(huán)中。所以無論如何要檢查。 

print(len(df))  
df.isna().sum()  
df.dropna()  
print(len(df))  

5. 顯示處理的進(jìn)度。

你在處理龐大數(shù)據(jù)時(shí)，知道要花多少時(shí)間、處于整個(gè)處理過程中的哪個(gè)環(huán)節(jié)，絕對(duì)讓人安心。

方法1 — tqdm 

from tqdm import tqdm  
import time  
tqdm.pandas()  
df['col'] = df['col'].progress_apply(lambda x: x**2)  
text = ""  
for char in tqdm(["a", "b", "c", "d"]):  
time.sleep(0.25)  
text = text + char  

方法2 — fastprogress 

from fastprogress.fastprogress import master_bar, progress_bar  
from time import sleep  
mb = master_bar(range(10))  
for i in mb:  
for j in progress_bar(range(100), parent=mb):  
sleep(0.01)  
mb.child.comment = f'second bar stat'  
mb.first_bar.comment = f'first bar stat'  
mb.write(f'Finished loop {i}.')  

6. Pandas可能很慢。

如果你接觸過pandas，就知道它有時(shí)會(huì)變得多慢，尤其是執(zhí)行g(shù)roupby操作時(shí)。不必絞盡腦汁為提速尋找“出色的”解決方案，只要更改一行代碼，使用modin就行。 

import modin.pandas as pd 

7. 為函數(shù)計(jì)時(shí)。

不是所有函數(shù)都是一樣的。

即便全部代碼沒問題，也不意味著你編寫的是出色的代碼。一些軟錯(cuò)誤實(shí)際上會(huì)使代碼運(yùn)行起來比較慢，有必要把它們找出來。使用這個(gè)裝飾器來記錄函數(shù)的時(shí)間。 

import time  
def timing(f):  
"""Decorator for timing functions  
Usage:  
@timing  
def function(a):  
pass 
"""  
@wraps(f)  
def wrapper(*args, **kwargs):  
start = time.time()  
result = f(*args, **kwargs)  
end = time.time()  
print('function:%r took: %2.2f sec' % (f.__name__, end - start)) 
return result  
return wrapper  

8. 別把錢耗費(fèi)在云上。

沒人喜歡浪費(fèi)云資源的工程師。

一些試驗(yàn)可能持續(xù)數(shù)小時(shí)。很難跟蹤試驗(yàn)、云實(shí)例用完后關(guān)閉。本人就犯過這種錯(cuò)誤，也見過有人任由實(shí)例運(yùn)行數(shù)天。

只是在執(zhí)行結(jié)束時(shí)調(diào)用該函數(shù)，永遠(yuǎn)不會(huì)有麻煩!

但用try包主代碼，并用except再采用這種方法，那樣如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤，服務(wù)器不會(huì)處于繼續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)。是的，我也處理過這種情況。

不妨負(fù)責(zé)任一點(diǎn)，別生成二氧化碳了。 

import os  
def run_command(cmd):  
return os.system(cmd)  
def shutdown(seconds=0, os='linux'):  
"""Shutdown system after seconds given. Useful for shutting EC2 to save costs."""  
if os == 'linux':  
run_command('sudo shutdown -h -t sec %s' % seconds)  
elif os == 'windows':  
run_command('shutdown -s -t %s' % seconds)  

9. 創(chuàng)建和保存報(bào)告。

建模中某個(gè)點(diǎn)之后，所有寶貴的信息只來自錯(cuò)誤和度量分析。確保為你自己和你的經(jīng)理創(chuàng)建和保存格式完好的報(bào)告。

不管怎樣，管理層愛看報(bào)告，不是嗎? 

import json  
import os  
from sklearn.metrics import (accuracy_score, classification_report,  
confusion_matrix, f1_score, fbeta_score)  
def get_metrics(y, y_pred, beta=2, average_method='macro', y_encoder=None):  
if y_encoder:  
y = y_encoder.inverse_transform(y)  
y_pred = y_encoder.inverse_transform(y_pred)  
return {  
'accuracy': round(accuracy_score(y, y_pred), 4),  
'f1_score_macro': round(f1_score(y, y_pred, average=average_method), 4),  
'fbeta_score_macro': round(fbeta_score(y, y_pred, beta, average=average_method), 4),  
'report': classification_report(y, y_pred, output_dict=True),  
'report_csv': classification_report(y, y_pred, output_dict=False).replace('\n','\r\n')  
}  
def save_metrics(metrics: dict, model_directory, file_name):  
path = os.path.join(model_directory, file_name + '_report.txt')  
classification_report_to_csv(metrics['report_csv'], path)  
metrics.pop('report_csv')  
path = os.path.join(model_directory, file_name + '_metrics.json')  
json.dump(metrics, open(path, 'w'), indent=4)  

10. 編寫出色的API。

所有結(jié)尾不好的代碼都是不好的。

你的數(shù)據(jù)清理和建?？赡茏龅煤芎?，但最后還是會(huì)造成大混亂。經(jīng)驗(yàn)告訴我，許多人不清楚如何編寫優(yōu)秀的API、文檔和服務(wù)器配置。

以下是負(fù)載不太高(比如1000/分鐘)的典型的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)部署的好方法。

不妨見識(shí)這對(duì)組合Fastapi + uvicorn

• 最快：用fastapi編寫API，因?yàn)榫虸/O型操作而言它是速度最快的(https://www.techempower.com/benchmarks/#section=test&runid=7464e520-0dc2-473d-bd34-dbdfd7e85911&hw=ph&test=query&l=zijzen-7)，原因在此(https://fastapi.tiangolo.com/benchmarks/)有解釋。
• 說明文檔：用fastapi編寫API為我們?cè)趆ttp:url/docs提供了免費(fèi)文檔和測(cè)試端點(diǎn)→我們更改代碼時(shí)，由fastapi自動(dòng)生成和更新。
• Workers：使用uvicorn部署API。

運(yùn)行這些命令使用4個(gè)workers來部署。通過負(fù)載測(cè)試來優(yōu)化workers的數(shù)量。 

pip install fastapi uvicorn  
uvicorn main:app --workers 4 --host 0.0.0.0 --port 8000  

原文標(biāo)題：10 Useful Machine Learning Practices For Python Developers，作者：Pratik Bhavsar

【51CTO譯稿，合作站點(diǎn)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原文譯者和出處為51CTO.com】