Melhorar o desempenho do modelo com o ajuste de hiperparâmetros

Este tutorial ensina como usar o ajuste de hiperparâmetros no BigQuery ML para ajustar um modelo de machine learning e melhorar a performance dele.

Para fazer o ajuste de hiperparâmetros, especifique a NUM_TRIALS opção da instrução CREATE MODEL, em combinação com outras opções específicas do modelo. Ao definir essas opções, o BigQuery ML treina várias versões ou testes do modelo, cada uma com parâmetros ligeiramente diferentes, e retorna o teste com melhor desempenho.

Este tutorial usa a tabela de amostra pública tlc_yellow_trips_2018, que contém informações sobre viagens de táxi na cidade de Nova York em 2018.

Objetivos

Este tutorial orienta você na conclusão das seguintes tarefas:

• Usar a CREATE MODEL instrução para criar um modelo de regressão linear de referência.
• Avaliar o modelo de referência usando a ML.EVALUATE função.
• Usar a instrução CREATE MODEL com opções de ajuste de hiperparâmetros para treinar 20 testes de um modelo de regressão linear.
• Analisar os testes usando a ML.TRIAL_INFO função.
• Avaliar os testes usando a função ML.EVALUATE.
• Receber previsões sobre viagens de táxi do modelo ideal entre os testes por usando a ML.PREDICT função.

Custos

Este tutorial usa componentes faturáveis do Google Cloud, incluindo:

• BigQuery
• BigQuery ML

Para mais informações sobre os custos do BigQuery, consulte a página de preços.

Antes de começar

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In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

Roles required to select or create a project

• Select a project: Selecting a project doesn't require a specific IAM role—you can select any project that you've been granted a role on.
• Create a project: To create a project, you need the Project Creator role (roles/resourcemanager.projectCreator), which contains the resourcemanager.projects.create permission. Learn how to grant roles.

Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

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1. O BigQuery é ativado automaticamente em novos projetos. Para ativar o BigQuery em um projeto preexistente, clique no botão abaixo.

   Ative a API BigQuery.

   Funções necessárias para ativar APIs

   Para ativar as APIs, é necessário ter a permissão serviceusage.services.enable. Se você criou o projeto, provavelmente já tem essa permissão pela função Proprietário (roles/owner). Caso contrário, você pode receber essa permissão pela função Administrador de uso do serviço (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). Saiba como conceder funções.

   Ativar a API

Permissões necessárias

• Para criar o conjunto de dados, é preciso ter a permissão de IAM bigquery.datasets.create.

• Para criar o modelo, você precisa das seguintes permissões:

  • bigquery.jobs.create
  • bigquery.models.create
  • bigquery.models.getData
  • bigquery.models.updateData

• Para executar a inferência, você precisa das seguintes permissões:

  • bigquery.models.getData
  • bigquery.jobs.create

Para mais informações sobre os papéis e as permissões do IAM em BigQuery, consulte Introdução ao IAM.

crie um conjunto de dados

Crie um conjunto de dados do BigQuery para armazenar o modelo de ML.

Console

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar a página do BigQuery

2. No painel Explorer, clique no nome do seu projeto.

3. Clique em Ver ações > Criar conjunto de dados.

4. Na página Criar conjunto de dados, faça o seguinte:

   • Para o código do conjunto de dados, insira bqml_tutorial.

   • Em Tipo de local, selecione Multirregião e selecione EUA.

   • Mantenha as configurações padrão restantes e clique em Criar conjunto de dados.

bq

Para criar um novo conjunto de dados, use o bq mk --dataset comando.

1. Crie um conjunto de dados chamado bqml_tutorial com o local de dados definido como US.

   bq mk --dataset \
     --location=US \
     --description "BigQuery ML tutorial dataset." \
     bqml_tutorial

2. Confirme se o conjunto de dados foi criado:

   bq ls

API

Chame o datasets.insert método com um recurso de conjunto de dados definido.

{
  "datasetReference": {
     "datasetId": "bqml_tutorial"
  }
}

Criar uma tabela de dados de treinamento

Crie uma tabela de dados de treinamento com base em um subconjunto dos dados da tabela tlc_yellow_trips_2018.

Siga estas etapas para criar a tabela:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   CREATE OR REPLACE TABLE `bqml_tutorial.taxi_tip_input`
   AS
   SELECT * EXCEPT (tip_amount), tip_amount AS label
   FROM
     `bigquery-public-data.new_york_taxi_trips.tlc_yellow_trips_2018`
   WHERE
     tip_amount IS NOT NULL
   LIMIT 100000;

Criar um modelo de regressão linear de referência

Crie um modelo de regressão linear sem ajuste de hiperparâmetros e treine-o nos dados da tabela taxi_tip_input.

Siga estas etapas para criar o modelo:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.baseline_taxi_tip_model`
     OPTIONS (
       MODEL_TYPE = 'LINEAR_REG'
     )
   AS
   SELECT
     *
   FROM
     `bqml_tutorial.taxi_tip_input`;

   A consulta leva cerca de 2 minutos para ser concluída.

Avaliar o modelo de referência

Avalie o desempenho do modelo usando a função ML.EVALUATE. A função ML.EVALUATE avalia as classificações de conteúdo previstas retornadas pelo modelo em relação às métricas de avaliação calculadas durante o treinamento de modelo.

Siga estas etapas para avaliar o modelo:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   SELECT *
   FROM
     ML.EVALUATE(MODEL `bqml_tutorial.baseline_taxi_tip_model`);

   Os resultados são semelhantes aos seguintes:

   +---------------------+--------------------+------------------------+-----------------------+---------------------+---------------------+
   | mean_absolute_error | mean_squared_error | mean_squared_log_error | median_absolute_error |      r2_score       | explained_variance  |
   +---------------------+--------------------+------------------------+-----------------------+---------------------+---------------------+
   |  2.5853895559690323 | 23760.416358496139 |   0.017392406523370374 | 0.0044248227819481123 | -1934.5450533482465 | -1934.3513857946277 |
   +---------------------+--------------------+------------------------+-----------------------+---------------------+---------------------+
   

O valor r2_score do modelo de referência é negativo, o que indica um ajuste ruim para os dados. Quanto mais próximo de 1 for a R² pontuação, melhor será o ajuste do modelo.

Criar um modelo de regressão linear com ajuste de hiperparâmetros

Crie um modelo de regressão linear com ajuste de hiperparâmetros e treine-o nos dados da tabela taxi_tip_input.

Use as seguintes opções de ajuste de hiperparâmetros na instrução CREATE MODEL:

• A opção NUM_TRIALS para definir o número de testes como 20.
• A opção MAX_PARALLEL_TRIALSpara executar dois testes em cada job de treinamento, totalizando dez jobs e vinte testes. Isso reduz o tempo de treinamento necessário. No entanto, os dois testes simultâneos não se beneficiam dos resultados de treinamento uns dos outros.
• A opção L1_REG para testar diferentes valores de regularização L1 nos diferentes testes. A regularização L1 remove recursos irrelevantes do modelo, o que ajuda a evitar o overfitting.

As outras opções de ajuste de hiperparâmetros com suporte do modelo usam os valores padrão, conforme mostrado abaixo:

• L1_REG: 0
• HPARAM_TUNING_ALGORITHM: 'VIZIER_DEFAULT'
• HPARAM_TUNING_OBJECTIVES: ['R2_SCORE']

Siga estas etapas para criar o modelo:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.hp_taxi_tip_model`
     OPTIONS (
       MODEL_TYPE = 'LINEAR_REG',
       NUM_TRIALS = 20,
       MAX_PARALLEL_TRIALS = 2,
       L1_REG = HPARAM_RANGE(0, 5))
   AS
   SELECT
     *
   FROM
     `bqml_tutorial.taxi_tip_input`;

   A consulta leva aproximadamente 20 minutos para ser concluída.

Receber informações sobre os testes de treinamento

Receba informações sobre todos os testes, incluindo valores de hiperparâmetros, objetivos e status, usando a função ML.TRIAL_INFO. Essa função também retorna informações sobre qual teste tem o melhor desempenho, com base nessas informações.

Siga estas etapas para receber informações sobre o teste:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   SELECT *
   FROM
     ML.TRIAL_INFO(MODEL `bqml_tutorial.hp_taxi_tip_model`)
   ORDER BY is_optimal DESC;

   Os resultados são semelhantes aos seguintes:

   +----------+-------------------------------------+-----------------------------------+--------------------+--------------------+-----------+---------------+------------+
   | trial_id |           hyperparameters           | hparam_tuning_evaluation_metrics  |   training_loss    |     eval_loss      |  status   | error_message | is_optimal |
   +----------+-------------------------------------+-----------------------------------+--------------------+--------------------+-----------+---------------+------------+
   |        7 |      {"l1_reg":"4.999999999999985"} |  {"r2_score":"0.653653627638174"} | 4.4677841296238165 |  4.478469742512195 | SUCCEEDED | NULL          |       true |
   |        2 |  {"l1_reg":"2.402163664510254E-11"} | {"r2_score":"0.6532493667964732"} |  4.457692508421795 |  4.483697081650438 | SUCCEEDED | NULL          |      false |
   |        3 |  {"l1_reg":"1.2929452948742316E-7"} |  {"r2_score":"0.653249366811995"} |   4.45769250849513 |  4.483697081449748 | SUCCEEDED | NULL          |      false |
   |        4 |  {"l1_reg":"2.5787102060628228E-5"} | {"r2_score":"0.6532493698925899"} |  4.457692523040582 |  4.483697041615808 | SUCCEEDED | NULL          |      false |
   |      ... |                             ...     |                           ...     |              ...   |             ...    |       ... |          ...  |        ... |
   +----------+-------------------------------------+-----------------------------------+--------------------+--------------------+-----------+---------------+------------+
   

   O valor da coluna is_optimal indica que o teste 7 é o modelo ideal retornado pelo ajuste.

Avaliar os testes do modelo ajustado

Avalie a performance dos testes usando a função ML.EVALUATE. A função ML.EVALUATE avalia as classificações de conteúdo previstas retornadas pelo modelo em relação às métricas de avaliação calculadas durante o treinamento de todos os testes.

Siga estas etapas para avaliar os testes do modelo:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   SELECT *
   FROM
     ML.EVALUATE(MODEL `bqml_tutorial.hp_taxi_tip_model`)
   ORDER BY r2_score DESC;

   Os resultados são semelhantes aos seguintes:

   +----------+---------------------+--------------------+------------------------+-----------------------+--------------------+--------------------+
   | trial_id | mean_absolute_error | mean_squared_error | mean_squared_log_error | median_absolute_error |      r2_score      | explained_variance |
   +----------+---------------------+--------------------+------------------------+-----------------------+--------------------+--------------------+
   |        7 |   1.151814398002232 |  4.109811493266523 |     0.4918733252641176 |    0.5736103414025084 | 0.6652110305659145 | 0.6652144696114834 |
   |       19 |  1.1518143358927102 |  4.109811921460791 |     0.4918672150119582 |    0.5736106106914161 | 0.6652109956848206 | 0.6652144346901685 |
   |        8 |   1.152747850702547 |  4.123625876152422 |     0.4897808307399327 |    0.5731702310239184 | 0.6640856984144734 |  0.664088410199906 |
   |        5 |   1.152895108945439 |  4.125775524878872 |    0.48939088205957937 |    0.5723300569616766 | 0.6639105860807425 | 0.6639132416838652 |
   |      ... |                ...  |                ... |                    ... |                   ... |                ... |                ... |
   +----------+---------------------+--------------------+------------------------+-----------------------+--------------------+--------------------+
   

   O valor r2_score do modelo ideal, que é o teste 7, é 0.66521103056591446, o que mostra uma melhoria significativa em relação ao modelo de referência.

É possível avaliar um teste específico especificando o argumento TRIAL_ID na função ML.EVALUATE.

Para mais informações sobre a diferença entre os ML.TRIAL_INFO objetivos e as ML.EVALUATE métricas de avaliação, consulte Funções de disponibilização de modelos.

Usar o modelo ajustado para prever gorjetas de táxi

Use o modelo ideal retornado pelo ajuste para prever gorjetas de diferentes viagens de táxi. O modelo ideal é usado automaticamente pela função ML.PREDICT, a menos que você selecione um teste diferente especificando o argumento TRIAL_ID. As previsões são retornadas na coluna predicted_label.

Siga estas etapas para receber previsões:

1. No Google Cloud console, acesse a página BigQuery.

   Acessar o BigQuery

2. No editor de consultas, cole a consulta abaixo e clique em Executar:

   SELECT *
   FROM
     ML.PREDICT(
       MODEL `bqml_tutorial.hp_taxi_tip_model`,
       (
         SELECT
           *
         FROM
           `bqml_tutorial.taxi_tip_input`
         LIMIT 5
       ));

   Os resultados são semelhantes aos seguintes:

   +----------+--------------------+-----------+---------------------+---------------------+-----------------+---------------+-----------+--------------------+--------------+-------------+-------+---------+--------------+---------------+--------------+--------------------+---------------------+----------------+-----------------+-------+
   | trial_id |  predicted_label   | vendor_id |   pickup_datetime   |  dropoff_datetime   | passenger_count | trip_distance | rate_code | store_and_fwd_flag | payment_type | fare_amount | extra | mta_tax | tolls_amount | imp_surcharge | total_amount | pickup_location_id | dropoff_location_id | data_file_year | data_file_month | label |
   +----------+--------------------+-----------+---------------------+---------------------+-----------------+---------------+-----------+--------------------+--------------+-------------+-------+---------+--------------+---------------+--------------+--------------------+---------------------+----------------+-----------------+-------+
   |        7 |  1.343367839584448 | 2         | 2018-01-15 18:55:15 | 2018-01-15 18:56:18 |               1 |             0 | 1         | N                  | 1            |           0 |     0 |       0 |            0 |             0 |            0 | 193                | 193                 |           2018 |               1 |     0 |
   |        7 | -1.176072791783461 | 1         | 2018-01-08 10:26:24 | 2018-01-08 10:26:37 |               1 |             0 | 5         | N                  | 3            |        0.01 |     0 |       0 |            0 |           0.3 |         0.31 | 158                | 158                 |           2018 |               1 |     0 |
   |        7 |  3.839580104168765 | 1         | 2018-01-22 10:58:02 | 2018-01-22 12:01:11 |               1 |          16.1 | 1         | N                  | 1            |        54.5 |     0 |     0.5 |            0 |           0.3 |         55.3 | 140                | 91                  |           2018 |               1 |     0 |
   |        7 |  4.677393985230036 | 1         | 2018-01-16 10:14:35 | 2018-01-16 11:07:28 |               1 |            18 | 1         | N                  | 2            |        54.5 |     0 |     0.5 |            0 |           0.3 |         55.3 | 138                | 67                  |           2018 |               1 |     0 |
   |        7 |  7.938988937253062 | 2         | 2018-01-16 07:05:15 | 2018-01-16 08:06:31 |               1 |          17.8 | 1         | N                  | 1            |        54.5 |     0 |     0.5 |            0 |           0.3 |        66.36 | 132                | 255                 |           2018 |               1 | 11.06 |
   +----------+--------------------+-----------+---------------------+---------------------+-----------------+---------------+-----------+--------------------+--------------+-------------+-------+---------+--------------+---------------+--------------+--------------------+---------------------+----------------+-----------------+-------+
   

Limpar

Para evitar cobranças na sua conta do Google Cloud pelos recursos usados no tutorial, exclua o projeto que os contém ou mantenha o projeto e exclua os recursos individuais.

• exclua o projeto que você criou; ou
• Mantenha o projeto e exclua o conjunto de dados.

Excluir o conjunto de dados

A exclusão do seu projeto removerá todos os conjuntos de dados e tabelas no projeto. Caso prefira reutilizá-lo, exclua o conjunto de dados criado neste tutorial:

1. Se necessário, abra a página do BigQuery no Google Cloud console.

   Acessar a página do BigQuery

2. No painel de navegação, clique no conjunto de dados bqml_tutorial que você criou.

3. No lado direito da janela, clique em Excluir conjunto de dados. Essa ação exclui o conjunto de dados, a tabela e todos os dados.

4. Na caixa de diálogo Excluir conjunto de dados , confirme o comando de exclusão digitando o nome do seu conjunto de dados (bqml_tutorial). Em seguida, clique em Excluir.

Excluir o projeto

Para excluir o projeto:

Cuidado: excluir um projeto tem os seguintes efeitos:

• Tudo no projeto é excluído. Se você tiver usado um projeto atual para as tarefas neste documento, a exclusão dele incluirá a exclusão de quaisquer outros trabalhos feitos nele.
• Os IDs do projeto personalizados são perdidos. Ao criar o projeto, você pode ter criado um ID do projeto personalizado para ser usado no futuro. Para preservar os URLs que usam o ID do projeto, como um URL appspot.com, exclua recursos específicos do projeto, em vez de excluir o projeto inteiro.

Se você planeja explorar várias arquiteturas, tutoriais e guias de início rápido, a reutilização de projetos pode evitar que você exceda limites da cota.

1. No Google Cloud console, acesse a página Gerenciar recursos.

   Acessar "Gerenciar recursos"

2. Na lista de projetos, selecione o projeto que você quer excluir e clique em Excluir.
3. Na caixa de diálogo, digite o ID do projeto e clique em Desligar para excluir o projeto.

A seguir

• Para saber mais sobre machine learning, consulte o Curso intensivo de machine learning.
• Para uma visão geral do BigQuery ML, consulte Introdução ao BigQuery ML.
• Para saber mais sobre o console do, consulte Como usar o console do . Google Cloud Google Cloud