Modele și platforme AI

Reziliență > Precizie: De ce “reziliența modelului” ar trebui să fie metrica adevărată pentru operaționalizarea modelelor

mm
Adaugă Unite.AI la sursele tale preferate pe Google

De Ingo Mierswa, Fondator, Președinte și Șef Data Scientist la RapidMiner.

Știința datelor a făcut progrese mari ÃŪn ultimii ani și multe organizații folosesc analize avansate sau modele de ÃŪnvățare automată pentru a obține insight-uri mai profunde despre procese și, ÃŪn unele cazuri, chiar pentru a prezice rezultate probabile pentru viitor. Pentru alte “științe”, nu este clar dacă un proiect va fi sau nu de succes, și au existat rapoarte care arată că pÃĒnă la 87% din proiectele de știință a datelor nu ajung niciodată ÃŪn producție. Deși o rată de succes de 100% nu poate fi așteptată, există anumite tipare ÃŪn proiectele de știință a datelor care duc la rate de succes mai mari decÃĒt ar trebui să fie considerate acceptabile ÃŪn domeniu. Aceste tipare problematice par să existe independent de orice industrie sau caz de utilizare, ceea ce sugerează că există o problemă universală ÃŪn știința datelor care trebuie abordată.

Măsurarea succesului ÃŪnvățării automate

Oamenii de știință din domeniul datelor care creează modele de ÃŪnvățare automată (ML) se bazează pe criterii matematice bine definite pentru a măsura cÃĒt de bine funcționează aceste modele. Care dintre aceste criterii se aplică ÃŪn principal depinde de tipul de model. Să presupunem că un model ar trebui să prezică clase sau categorii pentru situații noi – de exemplu, dacă un client va renunța sau nu. În situații de acest fel, oamenii de știință din domeniul datelor ar folosi măsurători precum precizia (cÃĒt de des modelul este corect) sau precizia (cÃĒt de des clienții sunt, de fapt, ÃŪn curs de a renunța, atunci cÃĒnd se prezice renunțarea).

Oamenii de știință din domeniul datelor au nevoie de criterii obiective precum acestea, deoarece o parte a jobului lor constă ÃŪn optimizarea acestor criterii de evaluare pentru a produce cel mai bun model. De fapt, alături de pregătirea datelor pentru a fi gata pentru modelare, crearea și ajustarea acestor modele este unde oamenii de știință din domeniul datelor petrec cea mai mare parte a timpului lor.

Partea negativă a acestui lucru este că oamenii de știință din domeniul datelor nu se concentrează, de fapt, foarte mult pe introducerea acestor modele ÃŪn producție, ceea ce este o problemă din mai multe motive. În primul rÃĒnd, modelele care nu produc rezultate de succes nu pot fi utilizate pentru a genera impact de afaceri pentru organizațiile care le implementează. În al doilea rÃĒnd, deoarece aceste organizații au cheltuit timp și bani pentru a dezvolta, antrena și operaționaliza modele care nu au produs rezultate de succes atunci cÃĒnd au fost rulate ÃŪmpotriva “datelor din lumea reală”, acestea sunt mai susceptibile să considere ÃŪnvățarea automată și alte instrumente de știință a datelor ca inutile pentru organizația lor și să refuze să continue cu inițiativele viitoare de știință a datelor.

Adevărul este că oamenii de știință din domeniul datelor pur și simplu se bucură de ajustarea modelelor și petrec o mare parte a timpului pe aceasta. Dar, fără impact de afaceri, acest timp nu este cheltuit ÃŪnțelept, ceea ce este deosebit de dureros, avÃĒnd ÃŪn vedere cÃĒt de rară este resursa oamenilor de știință din domeniul datelor ÃŪn lumea de astăzi.

Premiul Netflix și eșecul de producție

Am văzut acest fenomen de supra-investire ÃŪn construirea de modele și nu ÃŪn operaționalizarea lor, care s-a desfășurat ÃŪn ultimii ani. Premiul Netflix (NFLX ) a fost o competiție deschisă pentru cel mai bun algoritm de filtrare colaborativă pentru a prezice ratingurile utilizatorilor pentru filme. Dacă ați fi dat un film nou un rating ridicat, este probabil că ați apreciat acest film – deci, folosind acest sistem de rating, Netflix vă va recomanda anumite titluri și, dacă vă place conținutul recomandat, este probabil că veți rămÃĒne mai mult timp client al Netflix. Premiul principal a fost suma de 1 milion de dolari, oferită echipei care a reușit să ÃŪmbunătățească algoritmul Netflix cu cel puțin 10%.

Competiția a ÃŪnceput ÃŪn 2006 și, pe parcursul următorilor trei ani, contribuțiile a peste 40.000 de echipe de oameni de știință din domeniul datelor din ÃŪntreaga lume au condus la o ÃŪmbunătățire impresionantă de peste 10% pentru succesul de recomandare a titlurilor. Cu toate acestea, modelele echipei cÃĒștigătoare niciodată nu au fost operaționalizate. Netflix a declarat că “creșterea preciziei nu părea să justifice efortul necesar pentru a introduce aceste modele ÃŪn producție.”

De ce optimal nu este ÃŪntotdeauna optimal

Precizia modelului și alte criterii de știință a datelor au fost folosite mult timp ca metrică pentru măsurarea succesului unui model ÃŪnainte de a-l introduce ÃŪn producție. Așa cum am văzut, multe modele nu ajung niciodată ÃŪn această etapă – ceea ce este o irosire de resurse, atÃĒt ÃŪn ceea ce privește energia, cÃĒt și timpul petrecut.

Dar există și alte probleme cu această cultură de supra-investire ÃŪn ajustarea modelelor. Prima este o suprapunere neintenționată cu datele de test, ceea ce va duce la modele care par bune pentru omul de știință din domeniul datelor, dar care, de fapt, subperformează odată ce sunt ÃŪn producție – uneori, chiar provocÃĒnd daune. Acest lucru se ÃŪntÃĒmplă din două motive:

  1. Există o discrepanță bine cunoscută ÃŪntre eroarea de testare și cea pe care o veți vedea ÃŪn producție
  2. Impactul de afaceri și criteriile de performanță a științei datelor sunt adesea corelate, dar modelele “optime” nu livrează ÃŪntotdeauna cel mai mare impact

Primul punct de mai sus este, de asemenea, numit “suprapunere cu setul de test“. Este un fenomen bine cunoscut, ÃŪn special printre participanții la concursurile de știință a datelor, cum ar fi cele de la Kaggle. Pentru aceste concursuri, puteți vedea o versiune mai puternică a acestui fenomen deja ÃŪntre leaderboard-urile publice și private. De fapt, un participant ar putea cÃĒștiga leaderboard-ul public ÃŪntr-un concurs Kaggle fără a citi niciodată datele. Similar, cÃĒștigătorul leaderboard-ului privat și al concursului ÃŪn general poate să nu fi produs un model care să poată menține performanța sa pe orice alt set de date decÃĒt cel pe care a fost evaluat.

Precizia nu este egală cu impactul de afaceri

Prea mult timp am acceptat această practică, care duce la adaptarea lentă a modelelor la seturile de date de test. Ca rezultat, ceea ce pare a fi cel mai bun model se dovedește a fi, ÃŪn cel mai bun caz, mediocru:

  • Măsurători precum precizia predictivă nu sunt, de obicei, egale cu impactul de afaceri
  • O ÃŪmbunătățire a preciziei cu 1% nu poate fi transformată ÃŪntr-un rezultat de afaceri cu 1% mai bun
  • Există cazuri ÃŪn care un model cu performanță scăzută depășește alte modele, ÃŪn ceea ce privește impactul de afaceri
  • Alți factori, cum ar fi ÃŪntreținerea, viteza de notare, sau robustețea ÃŪmpotriva schimbărilor ÃŪn timp (numită “reziliență”) trebuie, de asemenea, luați ÃŪn considerare.

Acest ultim punct este deosebit de important. Cele mai bune modele nu vor cÃĒștiga doar concursuri sau nu vor arăta bine ÃŪn laboratorul de știință a datelor, ci vor funcționa bine ÃŪn producție și vor performa bine pe o varietate de seturi de test. Aceste modele sunt ceea ce numim modele reziliente.

Deriva și importanța rezilienței

Toate modelele se degradează ÃŪn timp. Singura ÃŪntrebare este cÃĒt de repede se ÃŪntÃĒmplă acest lucru și cÃĒt de bine modelul ÃŪncă funcționează ÃŪn circumstanțele schimbate. Motivul pentru această degradare este faptul că lumea nu este statică. Prin urmare, datele la care se aplică modelul se schimbă, de asemenea, ÃŪn timp. Dacă aceste schimbări se ÃŪntÃĒmplă ÃŪncet, le numim “deriva conceptului”. Dacă schimbările se ÃŪntÃĒmplă brusc, le numim “schimbarea conceptului”. De exemplu, clienții pot schimba comportamentul lor de consum ÃŪncet, ÃŪn timp, sub influența tendințelor și/sau a marketingului. Modelele de propensitate pot să nu mai funcționeze la un anumit moment. Aceste schimbări pot fi accelerate drastic ÃŪn anumite situații. COVID-19, de exemplu, a condus la vÃĒnzarea de articole precum hÃĒrtia igienică și dezinfectanții – o creștere bruscă și neașteptată a unor produse anume, care poate arunca un astfel de model complet ÃŪn aer.

Un model rezilient poate să nu fie cel mai bun model pe baza măsurătorilor precum precizia sau precizia, dar va funcționa bine pe o gamă mai largă de seturi de date. Din acest motiv, va funcționa, de asemenea, mai bine pe o perioadă mai lungă de timp și va fi, prin urmare, mai capabil să livreze un impact de afaceri durabil.

Modelele liniare și alte tipuri de modele simple sunt adesea mai reziliente, deoarece este mai greu să le suprapuneți cu un set de test sau un moment ÃŪn timp. Modelele mai puternice pot și ar trebui să fie utilizate ca “provocatori” pentru un model mai simplu, permițÃĒnd oamenilor de știință din domeniul datelor să vadă dacă poate, de asemenea, să funcționeze bine ÃŪn timp. Dar acest lucru ar trebui să fie utilizat la punctul final, nu la ÃŪnceputul călătoriei de modelare.

Deși o KPI formală pentru măsurarea rezilienței nu a fost ÃŪncă introdusă ÃŪn domeniul științei datelor, există mai multe moduri ÃŪn care oamenii de știință din domeniul datelor pot evalua cÃĒt de reziliente sunt modelele lor:

  • Deviațiile standard mai mici ÃŪntr-un cross-validation ÃŪnseamnă că performanța modelului a depins mai puțin de specificul diferitelor seturi de test
  • Chiar dacă oamenii de știință din domeniul datelor nu efectuează validări complete, aceștia pot utiliza două seturi de date diferite pentru test și validare. O discrepanță mai mică ÃŪntre ratele de eroare pentru seturile de test și validare indică o reziliență mai mare
  • Dacă modelul este monitorizat corespunzător ÃŪn producție, ratele de eroare pot fi văzute ÃŪn timp. Consistența ratelor de eroare ÃŪn timp este un semn bun pentru reziliența modelului.
  • Dacă soluția de monitorizare a modelului alesă ia ÃŪn considerare deriva, oamenii de știință din domeniul datelor ar trebui, de asemenea, să acorde atenție modului ÃŪn care modelul este afectat de această intrare de derivă.

Schimbarea culturii științei datelor

După ce un model a fost implementat ÃŪn etapa de operaționalizare, există ÃŪncă amenințări pentru precizia modelului. Ultimile două puncte de mai sus, referitoare la reziliența modelului, necesită, de asemenea, o monitorizare corespunzătoare a modelelor ÃŪn producție. Ca punct de plecare pentru o schimbare de cultură ÃŪn știința datelor, companiile sunt bine sfătuite să investească ÃŪntr-o monitorizare corespunzătoare a modelelor și să ÃŪnceapă să țină oamenii de știință din domeniul datelor responsabili pentru lipsa de performanță după implementarea modelelor. Acest lucru va schimba imediat cultura de la o cultură de construire a modelelor la o cultură de creare și menținere a valorii pentru domeniul științei datelor.

Evenimentele recente din lume ne-au arătat că lumea se schimbă rapid. Acum, mai mult ca oricÃĒnd, avem nevoie de modele reziliente – nu doar de modele precise – pentru a captura un impact de afaceri semnificativ ÃŪn timp. De exemplu, Kaggle organizează o provocare pentru a mobiliza oamenii de știință din domeniul datelor din ÃŪntreaga lume să ajute la construirea de soluții de model pentru a fi utilizate ÃŪn lupta globală ÃŪmpotriva COVID-19. Anticipez că cele mai de succes modele produse ca urmare a acestei provocări vor fi cele mai reziliente, nu cele mai precise, așa cum am văzut cum datele COVID-19 pot schimba ÃŪntr-o singură zi.

Știința datelor ar trebui să fie despre găsirea adevărului, nu despre producerea “celui mai bun” model. Prin a ne ține de o standard mai ÃŪnalt de reziliență decÃĒt de precizie, oamenii de știință din domeniul datelor vor putea livra un impact de afaceri mai mare pentru organizațiile noastre și vor ajuta la modelarea pozitivă a viitorului.

Ingo Mierswa este un veteran al industriei și om de știință ÃŪn domeniul datelor, din momentul ÃŪn care a ÃŪnceput să dezvolte RapidMiner la Divizia de Inteligență Artificială a Universității Tehnice din Dortmund, Germania. Mierswa, omul de știință, a scris numeroase publicații premiate despre analiza predictivă și datele mari. Mierswa, antreprenorul, este fondatorul RapidMiner. El este responsabil pentru inovația strategică și se ocupă de toate ÃŪntrebările cu imagine de ansamblu din jurul tehnologiilor RapidMiner. Sub conducerea sa, RapidMiner a crescut cu pÃĒnă la 300% pe an, ÃŪn primii șapte ani. În 2012, el a condus strategia de internaționalizare, prin deschiderea de birouri ÃŪn SUA, precum și ÃŪn Regatul Unit și Ungaria. După două runde de strÃĒngere de fonduri, achiziționarea Radoop și sprijinirea poziționării RapidMiner cu firmele de analiști de top, cum ar fi Gartner și Forrester, Ingo se mÃĒndrește cu aducerea celei mai bune echipe din lume la RapidMiner.