Pipelines de Machine Learning - L'essentiel en bref

Apprentissage automatique a connu une ascension impressionnante au cours des dernières années et est devenu un outil décisif dans de nombreux secteurs. Les "pipelines" constituent un élément décisif dans le développement de modèles d'apprentissage automatique performants. Ces pipelines permettent de définir et d'automatiser des processus complexes afin de préparer des données, d'entraîner des modèles et de générer des prédictions. Dans cet article, nous expliquons les bases des pipelines de Machine Learning et résumons les aspects les plus importants.

Que sont les pipelines d'apprentissage automatique ?

Les pipelines de machine learning sont une approche méthodique pour automatiser et structurer le processus de machine learning. Ils permettent de relier et d'enchaîner efficacement différentes tâches afin de garantir la bonne exécution des tâches d'apprentissage automatique.

L'utilisation de pipelines d'apprentissage automatique permet d'automatiser les étapes complexes et répétitives de l'apprentissage des modèles et des prédictions. Cela facilite la gestion de grandes Volumes de donnéesLes pipelines permettent d'optimiser le flux de données, la préparation et l'extraction des informations pertinentes.

Les pipelines permettent une exécution systématique et reproductible des tâches d'apprentissage automatique en regroupant les étapes de traitement dans un ordre logique. On crée ainsi une structure claire qui simplifie l'entraînement et la sélection des modèles. En outre, les pipelines de machine learning permettent de comparer différents modèles et algorithmes et d'identifier les meilleures options pour un problème donné. Ils permettent une évaluation rapide et efficace des modèles afin d'évaluer leurs performances et leur précision.

Pourquoi a-t-on besoin de pipelines ML ?

Les pipelines ML sont un outil essentiel dans le monde de l'apprentissage automatique. Ils offrent un moyen structuré et efficace de développer, d'entraîner et de déployer des modèles ML complexes. Nous avons rassemblé les principales raisons pour lesquelles les pipelines ML sont indispensables à l'apprentissage automatique :

la gestion des données : Les pipelines ML aident à la gestion des données. Ils permettent d'extraire, de transformer et de charger (ETL) des données provenant de différentes sources. Ce processus nettoie et structure les données afin de les préparer à l'apprentissage des modèles.

Formation de modèles : Les pipelines offrent une méthode systématique d'entraînement des modèles. Ils permettent de sélectionner et de tester différents algorithmes et hyperparamètres. Grâce à l'automatisation du processus d'entraînement, plusieurs modèles peuvent être développés et comparés en parallèle.

Ingénierie des fonctionnalités : Les pipelines ML aident à extraire et à sélectionner les caractéristiques pertinentes à partir des données. Ils offrent des outils de transformation et de mise à l'échelle des caractéristiques afin d'améliorer les performances des modèles.

Validation du modèle : Les pipelines permettent d'évaluer la performance des modèles grâce à des techniques de validation telles que la validation croisée et des métriques telles que l'exactitude, la précision et le rappel. Cela permet de vérifier la robustesse et la fiabilité des modèles.

Mise à l'échelle et déploiement : Les pipelines ML permettent de faire évoluer de manière transparente les modèles vers de grands ensembles de données et de les déployer efficacement dans des environnements de production. Ils automatisent le processus de versionnement, de mise à jour et de surveillance des modèles.

En résumé, les pipelines ML sont indispensables pour gérer l'ensemble du cycle de vie des projets d'apprentissage automatique. Ils offrent structure, efficacité et réutilisabilité, ce qui permet d'accélérer les cycles de développement, d'améliorer les modèles Traitement des données mène.

Comment fonctionnent les pipelines ML ? 

Un pipeline ML est un concept cadre qui permet de relier et d'instrumenter de manière transparente les différentes étapes d'un flux de travail ML. À l'instar d'une usine où différentes machines et postes de travail travaillent ensemble dans un ordre précis pour fabriquer un produit, les pipelines ML permettent d'intégrer et d'exécuter de manière transparente les étapes de traitement des données et de modélisation.

Le fonctionnement des pipelines ML repose sur l'idée de l'ordre et de l'enchaînement des opérations. Chaque étape du pipeline reçoit des données d'entrée, exécute une opération spécifique et transmet les résultats à l'étape suivante. De cette manière, les données peuvent passer par différentes phases de traitement et de transformation avant d'être injectées dans un modèle.

Quelles sont les principales étapes des pipelines ML ?

  1. Préparation des données

    Dans le cadre d'un projet d'apprentissage automatique, les données pertinentes sont d'abord collectées. Celles-ci proviennent de différentes sources telles que des fichiers CSV, des bases de données ou des APIs. Les bibliothèques Python telles que Pandas, NumPy et Requests prennent en charge la récupération des données.

    Ensuite, on procède au nettoyage des données, au cours duquel les erreurs, les valeurs manquantes et les valeurs aberrantes sont identifiées et corrigées. Pandas et Scikit-learn offrent des fonctions de nettoyage et de manipulation des données.

  2. Ingénierie des fonctionnalités

    Après le nettoyage des données vient l'extraction des caractéristiques, qui consiste à extraire des caractéristiques pertinentes des données existantes. Les bibliothèques Python telles que Scikit-learn proposent des fonctions telles que Principal Component Analysis (PCA) ou Feature Scaling pour l'extraction de caractéristiques.

    La sélection des caractéristiques vise à identifier les caractéristiques les plus importantes et à supprimer les caractéristiques non pertinentes ou redondantes. Pour cela, il existe dans Python des bibliothèques telles que Scikit-learn, Recursive Feature Elimination (RFE) ou SelectKBest, qui permettent une sélection automatique des caractéristiques.

  3. Développement de modèles et formation

    Le choix du modèle est crucial pour la précision et la performance du système d'apprentissage automatique. Python propose des bibliothèques telles que Scikit-learn, TensorFlow et Keras, qui offrent un large éventail de modèles et d'algorithmes pour différentes applications.

    Après la sélection du modèle, les données sont divisées en ensembles d'entraînement et de test. Ensuite, le modèle est entraîné sur les données d'entraînement et validé sur les données de test. Les bibliothèques Python offrent également des fonctions pour l'entraînement et la validation du modèle, y compris la validation croisée et des métriques telles que l'exactitude, la précision et le rappel.

  4. Évaluation et amélioration du modèle

    Après la formation et la validation du modèle, l'évaluation du modèle est essentielle. Sur la base de l'évaluation du modèle, des améliorations peuvent être apportées afin d'augmenter les performances.

  5. Déploiement et suivi

    Après le développement et l'amélioration du modèle, celui-ci doit être préparé pour une utilisation productive. Cela comprend l'enregistrement du modèle et la création d'une API ou d'une interface utilisateur.

    Après le déploiement, il est important de surveiller le modèle et ses performances dans l'environnement de production. Cela implique de surveiller les métriques, de détecter les changements de données ou de comportement et de mettre à jour le modèle si nécessaire.

De la préparation des données à l'évaluation des modèles et au déploiement, en passant par l'ingénierie des fonctionnalités et le développement des modèles, les développeurs Python sont bien équipés pour créer des pipelines ML efficaces et évolutifs. Grâce à l'utilisation de bibliothèques Python, une large palette d'outils est disponible pour prendre en charge chaque étape du pipeline et améliorer en permanence les performances des modèles.

Composants open source pour les pipelines MLOps 

Open-Source-Les composants Open Source jouent un rôle crucial dans les pipelines MLOps, car ils offrent flexibilité et adaptabilité. Nous avons identifié cinq composants open source qui, selon nous, offrent une valeur ajoutée :

  1. Flux d'air Apache: Un framework pour la création, la planification et le suivi des workflows.
  2. Kubeflow: Une plateforme d'orchestration des workflows ML sur Kubernetes.
  3. Servir TensorFlow: Un outil pour fournir des modèles TensorFlow sous forme d'API RESTful.
  4. TFX (TensorFlow Extended): Un framework pour le prétraitement, l'ingénierie des fonctionnalités et la validation des modèles.
  5. MLflow: Un cadre pour expérimenter, consigner et suivre des modèles.

Grâce à ces composants open source, les équipes MLOps peuvent créer des flux de travail plus efficaces qui intègrent et automatisent de manière transparente le développement, la formation et le déploiement des modèles ML. La diversité des options et la communauté active de développeurs font de l'open source une ressource précieuse pour les pipelines MLOps.

Résumé

Dans l'ensemble, l'utilisation de pipelines d'apprentissage automatique présente de nombreux avantages lorsqu'il s'agit d'entraîner des modèles et de les appliquer dans un environnement productif. Les pipelines permettent de prétraiter efficacement les données, d'entraîner et de valider les modèles, ainsi que de stocker et d'exporter les résultats de manière automatisée. Toutefois, la création de pipelines nécessite généralement un certain travail préparatoire afin de relier judicieusement les différentes étapes et de les adapter aux exigences spécifiques d'un problème. De même, l'intégration de nouvelles données ou l'utilisation d'autres modèles peuvent nécessiter des adaptations du pipeline.

Les pipelines d'apprentissage automatique sont particulièrement adaptés aux applications qui nécessitent une base de données importante et des procédures de modélisation complexes. Ils offrent une approche automatisée du développement de modèles et permettent d'accélérer les itérations et d'améliorer les modèles.

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