Membuat prediksi dengan model PyTorch dalam format ONNX

Open Neural Network Exchange (ONNX) menyediakan format seragam yang dirancang untuk merepresentasikan framework machine learning mana pun. Dengan dukungan BigQuery ML untuk ONNX, Anda dapat:

  • Melatih model menggunakan framework favorit Anda.
  • Mengonversi model ke format model ONNX.
  • Impor model ONNX ke BigQuery dan buat prediksi menggunakan BigQuery ML.

Tutorial ini menunjukkan cara mengimpor model ONNX yang dilatih dengan PyTorch ke dalam set data BigQuery dan menggunakannya untuk membuat prediksi dari kueri SQL.

Tujuan

  • Mengimpor model terlatih menggunakan PyTorch.
  • Konversi model ke format ONNX menggunakan torch.onnx.
  • Gunakan pernyataan CREATE MODEL untuk mengimpor model ONNX ke BigQuery.
  • Gunakan fungsi ML.PREDICT untuk membuat prediksi dengan model ONNX yang diimpor.

Biaya

Dalam dokumen ini, Anda akan menggunakan komponen Google Cloudyang dapat ditagih berikut:

Untuk membuat perkiraan biaya berdasarkan proyeksi penggunaan Anda, gunakan kalkulator harga.

Pengguna Google Cloud baru mungkin memenuhi syarat untuk mendapatkan uji coba gratis.

Setelah menyelesaikan tugas yang dijelaskan dalam dokumen ini, Anda dapat menghindari penagihan berkelanjutan dengan menghapus resource yang Anda buat. Untuk mengetahui informasi selengkapnya, baca bagian Pembersihan.

Sebelum memulai

  1. Login ke akun Google Cloud Anda. Jika Anda baru menggunakan Google Cloud, buat akun untuk mengevaluasi performa produk kami dalam skenario dunia nyata. Pelanggan baru juga mendapatkan kredit gratis senilai $300 untuk menjalankan, menguji, dan men-deploy workload.
  2. 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.

    Go to project selector

  3. 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.

    Go to project selector

  4. Pastikan penagihan diaktifkan untuk project Google Cloud Anda.

  5. Aktifkan BigQuery API, BigQuery Connection API, dan Cloud Storage API, jika belum diaktifkan.

    Peran yang diperlukan untuk mengaktifkan API

    Untuk mengaktifkan API, Anda memerlukan izin serviceusage.services.enable. Jika Anda membuat project, kemungkinan Anda sudah memiliki izin ini melalui peran Pemilik (roles/owner). Jika tidak, Anda bisa mendapatkan izin ini melalui peran Service Usage Admin (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). Pelajari cara memberikan peran.

    Aktifkan API

  6. Pastikan Anda memiliki izin yang diperlukan untuk melakukan tugas dalam dokumen ini.

Peran yang diperlukan

Jika Anda membuat project baru, Anda adalah project owner, dan Anda diberi semua izin Identity and Access Management (IAM) yang diperlukan untuk menyelesaikan tutorial ini.

Jika Anda menggunakan project yang sudah ada, lakukan hal berikut.

Pastikan Anda memiliki peran berikut di project:

Memeriksa peran

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman IAM.

    Buka IAM
  2. Pilih project.
  3. Di kolom Principal, temukan semua baris yang mengidentifikasi Anda atau grup yang mencakup Anda. Untuk mengetahui grup tempat Anda disertakan, hubungi administrator Anda.

  4. Untuk semua baris yang menentukan atau menyertakan Anda, periksa kolom Peran untuk melihat apakah daftar peran menyertakan peran yang diperlukan.

Memberikan peran

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman IAM.

    Buka IAM
  2. Pilih project.
  3. Klik Grant access.
  4. Di kolom New principals, masukkan ID pengguna Anda. Biasanya, ini adalah alamat email untuk Akun Google.

  5. Klik Select a role, lalu telusuri peran.
  6. Untuk memberikan peran tambahan, klik Add another role, lalu tambahkan tiap peran tambahan.
  7. Klik Simpan.

Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang izin IAM di BigQuery, lihat Izin IAM.

Opsional: Melatih model dan mengonversinya ke format ONNX

Contoh kode berikut menunjukkan cara mengimpor model klasifikasi terlatih ke PyTorch dan cara mengonversi model yang dihasilkan ke format ONNX. Tutorial ini menggunakan contoh model bawaan yang disimpan di gs://cloud-samples-data/bigquery/ml/onnx/resnet18.onnx. Anda tidak perlu menyelesaikan langkah-langkah ini jika menggunakan model contoh.

Membuat model visi PyTorch untuk klasifikasi gambar

Gunakan contoh kode berikut untuk mengimpor model resnet18 PyTorch terlatih yang menerima data gambar dari hasil dekode BigQuery ML ML.DECODE_IMAGE dan fungsi ML.RESIZE_IMAGE.

import torch
import torch.nn as nn

# Define model input format to match the output format of
# ML.DECODE_IMAGE function: [height, width, channels]
dummy_input = torch.randn(1, 224, 224, 3, device="cpu")

# Load a pretrained pytorch model for image classification
model = torch.hub.load('pytorch/vision:v0.10.0', 'resnet18', pretrained=True)

# Reshape input format from [batch_size, height, width, channels]
# to [batch_size, channels, height, width]
class ReshapeLayer(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()

    def forward(self, x):
        x = x.permute(0, 3, 1, 2)  # reorder dimensions
        return x

class ArgMaxLayer(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()

    def forward(self, x):
       return torch.argmax(x, dim=1)

final_model = nn.Sequential(
    ReshapeLayer(),
    model,
    nn.Softmax(),
    ArgMaxLayer()
)

Mengonversi model ke format ONNX

Gunakan contoh berikut untuk mengekspor model visi PyTorch menggunakan torch.onnx. File ONNX yang diekspor diberi nama resnet18.onnx.

torch.onnx.export(final_model,            # model being run
                  dummy_input,            # model input
                  "resnet18.onnx",        # where to save the model
                  opset_version=10,       # the ONNX version to export the model to
                  input_names = ['input'],         # the model's input names
                  output_names = ['class_label'])  # the model's output names

Mengupload model ONNX ke Cloud Storage

Setelah menyimpan model, lakukan hal berikut:

Membuat set data

Untuk membuat set data BigQuery, pilih salah satu opsi berikut:

Konsol

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman BigQuery.

    Buka BigQuery

  2. Di panel kiri, klik Explorer:

    Tombol yang ditandai untuk panel Explorer.

    Jika Anda tidak melihat panel kiri, klik Luaskan panel kiri untuk membuka panel.

  3. Di Explorer, luaskan project Anda, lalu klik Datasets.

  4. Di halaman Datasets, klik Create dataset.

  5. Di panel Create dataset, lakukan hal berikut:

    • Untuk Dataset ID, masukkan bqml_tutorial.

    • Untuk lokasi data, pilih US.

    Jangan ubah setelan default yang tersisa.

  6. Klik Create dataset.

bq

Untuk membuat set data baru, gunakan perintah bq mk --dataset.

  1. Buat set data bernama bqml_tutorial dengan lokasi data yang ditetapkan ke US:

    bq mk --dataset \
      --location=US \
      --description "BigQuery ML tutorial dataset." \
      bqml_tutorial
  2. Pastikan set data telah dibuat:

    bq ls

API

Panggil metode datasets.insert dengan resource set data yang ditentukan:

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

Mengimpor model ONNX ke BigQuery

Langkah-langkah berikut menunjukkan cara mengimpor contoh model ONNX dari Cloud Storage ke set data Anda menggunakan pernyataan CREATE MODEL.

Konsol

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman BigQuery Studio.

    Buka BigQuery Studio

  2. Di editor kueri, masukkan pernyataan CREATE MODEL berikut.

    CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.imported_onnx_model`
     OPTIONS (MODEL_TYPE='ONNX',
      MODEL_PATH='BUCKET_PATH')

    Ganti BUCKET_PATH dengan jalur ke model yang Anda upload ke Cloud Storage. Jika Anda menggunakan model contoh, ganti BUCKET_PATH dengan nilai berikut: gs://cloud-samples-data/bigquery/ml/onnx/resnet18.onnx.

    Setelah operasi selesai, Anda akan melihat pesan seperti berikut: Successfully created model named imported_onnx_model.

    Model baru Anda akan muncul di panel Resources. Model ditunjukkan dengan ikon model: Ikon model di panel Resources. Jika Anda memilih model baru di panel Resources, informasi tentang model akan muncul di samping editor kueri.

    Panel informasi untuk `imported_onnx_model`.

bq

  1. Impor model ONNX dari Cloud Storage dengan memasukkan pernyataan CREATE MODEL berikut.

    bq query --use_legacy_sql=false \
    "CREATE OR REPLACE MODEL
      `bqml_tutorial.imported_onnx_model`
    OPTIONS
      (MODEL_TYPE='ONNX',
       MODEL_PATH='BUCKET_PATH')"

    Ganti BUCKET_PATH dengan jalur ke model yang Anda upload ke Cloud Storage. Jika Anda menggunakan model contoh, ganti BUCKET_PATH dengan nilai ini: gs://cloud-samples-data/bigquery/ml/onnx/resnet18.onnx.

  2. Setelah mengimpor model, pastikan model tersebut muncul di set data.

    bq ls -m bqml_tutorial

    Outputnya mirip dengan hal berikut ini:

    tableId               Type
    --------------------- -------
    imported_onnx_model  MODEL

Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang cara mengimpor model ONNX ke BigQuery, termasuk persyaratan format dan penyimpanan, lihat Pernyataan CREATE MODEL untuk mengimpor model ONNX.

Membuat tabel objek di BigQuery untuk menganalisis data gambar

Tabel objek adalah tabel hanya baca di atas objek data tidak terstruktur yang berada di Cloud Storage. Tabel objek memungkinkan Anda menganalisis data tidak terstruktur dari BigQuery.

Dalam tutorial ini, Anda akan menggunakan fungsi ML.PREDICT untuk menampilkan label class yang diprediksi dari gambar input yang disimpan di bucket Cloud Storage.

Untuk membuat tabel objek, Anda harus melakukan hal berikut:

  • Membuat bucket Cloud Storage dan mengupload gambar ikan mas.
  • Buat koneksi resource Cloud yang digunakan untuk mengakses tabel objek.
  • Berikan akses ke akun layanan koneksi resource.

Membuat bucket dan mengupload gambar

Ikuti langkah-langkah berikut untuk membuat bucket Cloud Storage dan mengupload gambar ikan mas.

Konsol

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman Buckets Cloud Storage.

    Buka Buckets

  2. Klik Create.

  3. Di halaman Buat bucket, masukkan informasi bucket Anda.

    1. Di bagian Get started, lakukan tindakan berikut:

      1. Di kotak, masukkan bqml_images.

      2. Klik Lanjutkan.

    2. Di bagian Choose where to store your data, lakukan tindakan berikut:

      1. Untuk Jenis lokasi, pilih Multi-region.

      2. Dari menu jenis lokasi, pilih US (multiple regions in United States).

      3. Klik Lanjutkan.

    3. Di bagian Choose a storage class for your data:

      1. Pilih Set a default class.

      2. Pilih Standard.

      3. Klik Lanjutkan.

    4. Di bagian lainnya, biarkan nilai default.

  4. Klik Create.

Command line

Masukkan perintah gcloud storage buckets create berikut:

gcloud storage buckets create gs://bqml_images --location=us

Jika permintaan berhasil, perintah akan menampilkan pesan berikut ini:

Creating gs://bqml_images/...

Mengupload gambar ke bucket Cloud Storage Anda

Setelah bucket dibuat, download gambar ikan mas, dan upload ke bucket Cloud Storage Anda.

Selesaikan langkah-langkah berikut untuk mengupload image:

Konsol

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman Buckets Cloud Storage.

    Buka Buckets

  2. Dalam daftar bucket, klik bqml_images.

  3. Di tab Objects untuk bucket, lakukan salah satu tindakan berikut:

    • Tarik file dari desktop atau pengelola file ke panel utama di konsol Google Cloud .

    • Klik Upload > Upload files, pilih file gambar yang ingin Anda upload dalam dialog yang muncul, lalu klik Open.

Command line

Masukkan perintah gcloud storage cp berikut:

gcloud storage cp OBJECT_LOCATION gs://bqml_images/IMAGE_NAME

Ganti kode berikut:

  • OBJECT_LOCATION: jalur lokal ke file image Anda. Contoh, Desktop/goldfish.jpg.
  • IMAGE_NAME: nama image. Contoh, goldfish.jpg.

Jika berhasil, responsnya akan terlihat mirip dengan berikut ini:

Completed files 1/1 | 164.3kiB/164.3kiB

Membuat koneksi resource Cloud BigQuery

Anda harus memiliki koneksi resource Cloud untuk terhubung ke tabel objek yang Anda buat nanti dalam tutorial ini.

Dengan koneksi resource Cloud, Anda dapat mengkueri data yang disimpan di luar BigQuery di layanan Google Cloud seperti Cloud Storage atau Spanner, atau di sumber pihak ketiga seperti AWS atau Azure. Koneksi eksternal ini menggunakan BigQuery Connection API.

Ikuti langkah-langkah berikut untuk membuat koneksi resource Cloud.

Konsol

  1. Buka halaman BigQuery Studio.

    Buka BigQuery Studio

  2. Di panel kiri, klik database Data Explorer:

    Tombol yang ditandai untuk panel Data.

    Jika Anda tidak melihat panel kiri, klik Luaskan panel kiri untuk membuka panel.

  3. Di panel Data, klik Tambahkan data.

    Dialog Add data akan terbuka.

  4. Di panel Filter By, di bagian Data Source Type, pilih Databases.

    Atau, di kolom Search for data sources, Anda dapat memasukkan Vertex AI.

  5. Di bagian Featured data sources, klik Vertex AI.

  6. Klik kartu solusi Vertex AI Models: BigQuery Federation.

  7. Dalam daftar Connection type, pilih Vertex AI remote models, fungsi jarak jauh dan BigLake (Cloud Resource).

  8. Di kolom Connection ID, masukkan bqml_tutorial.

  9. Pastikan Multi-region—US dipilih.

  10. Klik Create connection.

  11. Di bagian bawah jendela, klik Go to connection. Atau, di panel Explorer, klik Connections, lalu klik us.bqml_tutorial.

  12. Di panel Connection info, salin ID akun layanan. Anda memerlukan ID ini saat mengonfigurasi izin untuk koneksi. Saat Anda membuat resource koneksi, BigQuery akan membuat akun layanan sistem unik dan mengaitkannya dengan koneksi.

bq

  1. Buat koneksi:

    bq mk --connection --location=US --project_id=PROJECT_ID \
        --connection_type=CLOUD_RESOURCE bqml_tutorial

    Ganti PROJECT_ID dengan project IDGoogle Cloud Anda. Parameter --project_id akan mengganti project default.

    Saat Anda membuat resource koneksi, BigQuery akan membuat akun layanan sistem unik dan mengaitkannya dengan koneksi.

    Pemecahan masalah: Jika Anda mendapatkan error koneksi berikut, update Google Cloud SDK:

    Flags parsing error: flag --connection_type=CLOUD_RESOURCE: value should be one of...
    
  2. Ambil dan salin ID akun layanan untuk digunakan pada langkah berikutnya:

    bq show --connection PROJECT_ID.us.bqml_tutorial

    Outputnya mirip dengan hal berikut ini:

    name                          properties
    1234.REGION.CONNECTION_ID {"serviceAccountId": "connection-1234-9u56h9@gcp-sa-bigquery-condel.iam.gserviceaccount.com"}
    

Menyiapkan akses koneksi

Berikan peran Storage Object Admin ke akun layanan koneksi resource Cloud. Anda harus memberikan peran ini dalam project yang sama tempat Anda mengupload file image.

Untuk memberikan peran, ikuti langkah-langkah berikut:

  1. Buka halaman IAM & Admin.

    Buka IAM & Admin

  2. Klik Berikan Akses.

  3. Di kolom New principals, masukkan ID Akun layanan koneksi resource Cloud yang Anda salin sebelumnya.

  4. Di kolom Select a role, pilih Cloud Storage, lalu pilih Storage object admin.

  5. Klik Simpan.

Membuat tabel objek

Ikuti langkah-langkah berikut untuk membuat tabel objek bernama goldfish_image_table menggunakan gambar ikan mas yang Anda upload ke Cloud Storage.

Konsol

  1. Buka halaman BigQuery Studio.

    Buka BigQuery Studio

  2. Di editor kueri, masukkan kueri ini untuk membuat tabel objek.

    CREATE EXTERNAL TABLE `bqml_tutorial.goldfish_image_table`
    WITH CONNECTION `us.bqml_tutorial`
    OPTIONS(
    object_metadata = 'SIMPLE',
    uris = ['gs://bqml_images/IMAGE_NAME'],
    max_staleness = INTERVAL 1 DAY,
    metadata_cache_mode = 'AUTOMATIC');

    Ganti IMAGE_NAME dengan nama file image—misalnya, goldfish.jpg.

    Setelah operasi selesai, Anda akan melihat pesan seperti This statement created a new table named goldfish_image_table.

bq

  1. Buat tabel objek dengan memasukkan pernyataan CREATE EXTERNAL TABLE berikut.

    bq query --use_legacy_sql=false \
    "CREATE EXTERNAL TABLE `bqml_tutorial.goldfish_image_table`
    WITH CONNECTION `us.bqml_tutorial`
    OPTIONS(
    object_metadata = 'SIMPLE',
    uris = ['gs://bqml_images/IMAGE_NAME'],
    max_staleness = INTERVAL 1 DAY,
    metadata_cache_mode = 'AUTOMATIC')"

    Ganti IMAGE_NAME dengan nama file image—misalnya, goldfish.jpg.

  2. Setelah membuat tabel objek, pastikan tabel tersebut muncul di set data.

    bq ls bqml_tutorial

    Outputnya mirip dengan hal berikut ini:

    tableId               Type
    --------------------- --------
    goldfish_image_table  EXTERNAL

Untuk mengetahui informasi selengkapnya, lihat Membuat tabel objek.

Membuat prediksi dengan model ONNX yang diimpor

Anda menggunakan kueri berikut yang berisi fungsi ML.PREDICT untuk membuat prediksi dari data gambar di tabel objek input goldfish_image_table. Kueri ini menghasilkan label class yang diprediksi dari gambar input berdasarkan kamus label ImageNet.

Dalam kueri, fungsi ML.DECODE_IMAGE diperlukan untuk mendekode data gambar agar dapat ditafsirkan oleh ML.PREDICT. Fungsi ML.RESIZE_IMAGE digunakan untuk mengubah ukuran gambar agar sesuai dengan ukuran input model (224*224).

Untuk informasi selengkapnya tentang menjalankan inferensi pada tabel objek gambar, lihat Menjalankan inferensi pada tabel objek gambar.

Untuk membuat prediksi dari data gambar Anda, lakukan hal berikut.

Konsol

  1. Buka halaman BigQuery Studio.

    Buka BigQuery Studio

  2. Di editor kueri, masukkan kueri ML.PREDICT berikut.

     SELECT
       class_label
     FROM
       ML.PREDICT(MODEL bqml_tutorial.imported_onnx_model,
         (
         SELECT
           ML.RESIZE_IMAGE(ML.DECODE_IMAGE(DATA),
             224,
             224,
             FALSE) AS input
         FROM
           bqml_tutorial.goldfish_image_table))
     

    Hasil kuerinya mirip dengan berikut ini:

    Hasil kueri ML.PREDICT

bq

Masukkan perintah bq query berikut:

bq query --use_legacy_sql=false \
'SELECT
  class_label
FROM
  ML.PREDICT(MODEL `bqml_tutorial.imported_onnx_model`,
    (
    SELECT
      ML.RESIZE_IMAGE(ML.DECODE_IMAGE(DATA),
        224,
        224,
        FALSE) AS input
    FROM
      bqml_tutorial.goldfish_image_table))'

Pembersihan

Agar tidak perlu membayar biaya pada akun Google Cloud Anda untuk resource yang digunakan dalam tutorial ini, hapus project yang berisi resource tersebut, atau simpan project dan hapus setiap resource.

Menghapus project

Konsol

  1. Di konsol Google Cloud , buka halaman Manage resources.

    Buka Kelola resource

  2. Pada daftar project, pilih project yang ingin Anda hapus, lalu klik Delete.
  3. Pada dialog, ketik project ID, lalu klik Shut down untuk menghapus project.

gcloud

    Menghapus project Google Cloud :

    gcloud projects delete PROJECT_ID

Menghapus resource satu per satu

Atau, untuk menghapus setiap resource yang digunakan dalam tutorial ini, lakukan hal berikut:

  1. Hapus model yang diimpor.

  2. (Opsional) Hapus set data.

  3. Hapus koneksi resource Cloud.

  4. Hapus bucket Cloud Storage.

Langkah berikutnya