速度杠杠的,部署机器学习模型的这7个要点要谨记

在模型部署时,模型的性能和耗时都非常重要。但是我们在构建模型时,往往没有考虑模型的预测速度。虽然性能优化会损害预测准确性,但更简单的模型通常运行得更快,也不容易过拟合。

预测延迟被测量为进行预测所需的经过时间。延迟通常被视为一个分布,而运维工程师通常关注此分布的给定百分位数的延迟,如50%或99%情况下的耗时。

文章目录

    • 技术交流
    • 要点1:影响延迟的因素
    • 要点2:关注模型本身
    • 要点3:保留有效的特征
    • 要点4:存储稀疏数据
    • 要点5:限制模型复杂度
    • 要点6:注意底层实现
    • 要点7:线性模型稀疏转换
    • 参考文献

技术交流

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要点1:影响延迟的因素

对于机器学习模型,影响预测延迟的主要因素是:

  • 特征个数

  • 数据的稀疏性

  • 模型复杂度

  • 特征提取耗时

其中特征是否能够并行提取 & 模型能够批量预测,对预测耗时影响非常大。

要点2:关注模型本身

由于不同的模型原理上存在区别,本质由多种原因(分支可预测性、CPU 缓存、线性代数库优化等)导致模型速度存在差异。

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模型速度存在以下规律:

  • 树模型速度比线性模型的速度慢

  • SVM速度比线性模型慢

  • 线性模型和贝叶斯模型速度相当

  • KNN速度会受到训练数据量影响

要点3:保留有效的特征

当特征数量增加时每个示例的内存消耗也会增加,此外也会影响运算速度。当特征数量增加时,模型计算速度增加的速度不同。删除线格式 一般情况下,模型预测速度与特征个数成正比。
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要点4:存储稀疏数据

Scipy中包含稀疏矩阵结构,只会存储非0的数据,这样占用的内存会少很少。在线性模型上使用稀疏输入可以大大加快预测速度,因为只有非零值特征会影响点积,从而影响模型预测。

使用如下代码可以统计数据的稀疏比例:

def sparsity_ratio(X):  
    return 1.0 - np.count_nonzero(X) / float(X.shape[0] * X.shape[1])  
print("input sparsity ratio:", sparsity_ratio(X))  

但对于非稀疏的数据,如果强行存储为的稀疏矩阵,反而会增加模型的预测速度。因此需要稀疏度通常非常高(非零数据只占比10%),这样才会有速度的增益。

要点5:限制模型复杂度

当模型复杂性增加时,模型精度和预测延迟应该会增加。对于sklearn.linear_model中很多模型,例如LassoElasticNetSGDClassifier/RegressorRidge & RidgeClassifierPassiveAgressiveClassifier/RegressorLinearSVCLogisticRegression在预测时应用的决策函数是相同的,因此预测延迟应该差不多。

但在线性模型中我们可以调节模型的惩罚因子,然后控制模型的稀疏性,然后进一步可以减少模型的复杂度。这里我们需要在精度和预测延迟之间进行一个折中,可以参考下面的统计逻辑。

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要点6:注意底层实现

scikit-learn 依赖 Numpy/Scipy 底层函数,因此明确关注这些库的版本是有意义的。首先需要确保 Numpy 是使用优化的 BLAS / LAPACK库构建的。

可以使用以下命令显示 NumPy/SciPy/scikit-learn底层的 BLAS/LAPACK支持:

from numpy.distutils.system_info import get_info  
print(get_info('blas_opt'))  
print(get_info('lapack_opt'))  

BLAS / LAPACK实现包括:

  • Atlas

  • OpenBLAS

  • MKL

当然如果你的CPU支持scikit-learn-intelex,你也可以获得更多的加速比:

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要点7:线性模型稀疏转换

scikit-learn中的线性模型支持将系数矩阵转换为稀疏格式,其内存和存储效率比Numpy高得多。

clf = SGDRegressor(penalty='elasticnet', l1_ratio=0.25)  
clf.fit(X_train, y_train).sparsify()  
clf.predict(X_test)  

当模型和输入都是稀疏的,上述操作可以加速30%的速度,还可以对内容更加友好。

支持sparsify的模型包括:

  • LogisticRegression

  • LogisticRegressionCV

  • PassiveAggressiveClassifier

  • Perceptron

  • SGDClassifier

  • SGDOneClassSVM

  • SGDRegressor

  • LinearSVC

参考文献

  • https://scikit-learn.org/0.15/modules/computational_performance.html

  • https://scikit-learn.org/0.15/developers/performance.html

  • https://github.com/scikit-learn/scikit-learn/blob/main/benchmarks/bench_sparsify.py

你可能感兴趣的:(机器学习,算法,人工智能)