Елена Капаца "Машинное обучение доступным языком"

(time series) Здесь каждая точка привязана к временной оси x и, как правило, взаимосвязана с окружающими ее соседями.

Цена акции LG на момент открытия биржи на протяжении года

Последовательные данные

(sequence data) Состоят из набора отдельных объектов, таких как слова или буквы. Здесь нет временных меток; вместо этого есть позиции в упорядоченной последовательности:

На картинке справа яркий пример: геном – набор генов в хромосоме.

Пространственные данные

(geospatial data) Здесь каждая точка имеет координаты:

Трафик аэропортов США

Изображения

Здесь единицей является отдельная картинка. Видео рассматривается как набор картинок.

Датасет рукописных цифр

Перед дата-сайентистами часто встает вопрос: где взять данные?

Студентам проще: у некоторых обширных библиотек вроде Scikit-learn встречаются собственные встроенные датасеты, прекрасно подходящие для обучения:

from sklearn.datasets import load_digits

digits = load_digits()

Помимо таких встроенных коллекций, данные предоставляют бесплатно еще и ресурсы вроде kaggle.com.

А вот на рабочей ниве требования к информации куда специфичнее. Порой проще и лучше собрать свой набор, и в таком случае мы обращаемся к инструментам ETL.

ETL

(extract, transform, load – извлечь, преобразовать и загрузить) группа процессов, происходящих при переносе данных из нескольких систем в одно хранилище.

Если у вас есть данные из нескольких источников, вам необходимо:

• Извлекать данные из исходного источника

• Преобразовывать информацию путем очистки, объединения и других способов подготовки

• Загружать результат в целевое хранилище

Как правило, один инструмент ETL выполняет все три шага. Пожалуй, самый популярный сегодня представитель такого программного обеспечения – это Hadoop.

ETL уходит своими корнями в 1970-е годы к появлению централизованных хранилищ данных. Но только в конце 1980-х и начале 1990-х годов, когда они заняли центральное место, мир ощутил потребность в специализированных загрузочных инструментах. Первым пользователям нужен был способ извлекать информацию из разрозненных систем, преобразовывать ее в целевой формат и загружать в конечное место хранения. Первые инструменты ETL были примитивными, и объем данных, которые они обрабатывали, был скромным по сегодняшним меркам.

По мере роста объема данных росли и хранилища данных, а программные инструменты ETL множились и становились все более сложными. Но до конца 20-го века хранение и преобразование данных осуществлялось в основном в локальных хранилищах. Однако произошло нечто, навсегда изменившее наш взгляд на хранение и обработку.

Облачные вычисления

Объем данных, которые мы генерируем и собираем, продолжает расти с экспоненциальной скоростью. У нас есть все более сложные инструменты, которые позволяют нам использовать все наши данные для получения представления о исследуемом предмете в режиме онлайн.

Традиционная инфраструктура не может масштабироваться для хранения и обработки большого объема данных. Это неэффективно с точки зрения затрат. Если мы хотим выполнять высокоскоростную, сложную аналитику и строить подобные модели, облако – оптимальное решение.

Облачные хранилища могут бесконечно масштабироваться для размещения практически любого объема данных. Облачное хранилище также позволяет координировать огромные рабочие нагрузки между группами вычисляющих серверов.

Преобразования и моделирование данных часто выполняются с помощью SQL – языка запросов к базе данных.

Конечная точка ETL – хранилище данных (DWH).

DWH

(data warehouse – хранилище данных) предназначено исключительно для выполнения запросов и часто содержит большие объемы исторических данных. Данные в хранилище обычно поступают из широкого круга источников, таких как:

• Логи приложений

• Сведения, собираемые с форм на сайте

• Записи различных устройств, вроде видеокамер и датчиков температуры

Хранилище объединяет большие объемы данных из нескольких источников. Это позволяет генерировать ценные инсайты[2 - Решение задачи] и улучшать процесс принятия решений. С ростом объема и качества DWH становится бесценным объектом для бизнес-аналитики. Типичное хранилище данных часто включает следующие элементы:

• Реляционная база данных

• ПО для ETL

• Инструменты анализа и визуализации

• Модели машинного обучения

К популярным хранилищам можно отнести Amazon Redshift, Google BigQuery и Greenplum.

Стоит отличать DWH от так называемого озера данных (data lake). Хранилище содержит очищенные и структурированные данные, готовые к анализу на основе предопределенных потребностей бизнеса. В озере же все содержится в необработанном, неструктурированном виде.

Когда команда ML получает доступ к такому хранилищу, то предваряет моделирование целой серией действий – разведочным анализом данных (EDA).

EDA

(exploratory data analysis – разведочный анализ данных) предварительное исследование датасета с целью определения его основных характеристик, взаимосвязей между признаками, а также сужения набора методов, используемых для создания модели.

Давайте рассмотрим, на какие этапы разбивают EDA. Для этого мы используем данные[3 - Исходная англоязычная версия датасета: kaggle.com/datasets/volodymyrgavrysh/bank-marketing-campaigns-dataset] банка, который продает кредитные продукты своим клиентам. Возьмет ли клиент кредит или нет?

Мы располагаем обширным набором переменных (столбцов):

Это не сам датасет, а только описание столбцов

Столбец Y назван так неслучайно: это общепринятое обозначение целевой переменной (target variable). Изучив 40 тысяч записей о клиентах, модель автоматически сможет предсказывать, возьмет новый клиент кредит или не возьмет.

Довольно увесистый датасет: записей в нем более 40 тысяч. Для начала[4 - Здесь и далее ячейка с импортом библиотек будет пропущена. С полной версией кода можно ознакомиться в конце главы по QR-коду со ссылкой.] импортируем датасет и посмотрим на "шапку". С помощью метода head() мы отобразим шапку датафрейма и первые пять записей:

df = pd.read_csv('https://www.dropbox.com/s/62xm9ymoaunnfg6/bank-full.csv?dl=1', sep=';')

df.head()

Параметр sep используется, чтобы задать нестандартный разделитель данных по столбцам, в данном случае – точку с запятой.