AI 模型構(gòu)建的過(guò)程 模型構(gòu)建主要包括 5 個(gè)階段，分別為模型設(shè)計(jì)、特征工程、模型訓(xùn)練、模型驗(yàn)證、模型融合。

模型設(shè)計(jì) ??????

??在模型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品經(jīng)理要考慮的問(wèn)題就是，在當(dāng)前業(yè)務(wù)下，這個(gè)模型該不該做，我們有沒(méi)有能力做這個(gè)模型，目標(biāo)變量應(yīng)該怎么設(shè)置、數(shù)據(jù)源應(yīng)該有哪些、數(shù)據(jù)樣本如何獲取，是隨機(jī)抽取還是分層抽樣。 ????????

在模型設(shè)計(jì)階段最重要的就是定義模型目標(biāo)變量，以及抽取數(shù)據(jù)樣本。 ???????

?不同的目標(biāo)變量，決定了這個(gè)模型應(yīng)用的場(chǎng)景，以及能達(dá)到的業(yè)務(wù)預(yù)期。 ?????

???接著，我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)數(shù)據(jù)樣本的抽取。模型是根據(jù)我們選擇的樣本來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練的，所以樣本的選取決定了模型的最終效果。換句話(huà)說(shuō)，樣本是用來(lái)做模型的基礎(chǔ)。在選取樣本的時(shí)候，你需要根據(jù)模型的目標(biāo)、業(yè)務(wù)的實(shí)際場(chǎng)景來(lái)選擇合適的樣本。

特征工程 ?????

???我們可以把整個(gè)模型的構(gòu)建理解為：從樣本數(shù)據(jù)中提取可以很好描述數(shù)據(jù)的特征，再利用它們建立出對(duì)未知數(shù)據(jù)有優(yōu)秀預(yù)測(cè)能力的模型。 ???????

?在模型的構(gòu)建過(guò)程中，特征工程是一個(gè)非常重要的部分。特征挑選得好，不僅可以直接提高模型的性能，還會(huì)降低模型的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

無(wú)論特征和數(shù)據(jù)過(guò)多或過(guò)少，都會(huì)影響模型的擬合效果，出現(xiàn)過(guò)擬合或欠擬合的情況。

當(dāng)選擇了優(yōu)質(zhì)的特征之后，即使你的模型參數(shù)不是最優(yōu)的，也能得到不錯(cuò)的模型性能，你也就不需要花費(fèi)大量時(shí)間去尋找最優(yōu)參數(shù)了，從而降低了模型實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

數(shù)據(jù)和特征決定了機(jī)器學(xué)習(xí)的上限，而模型和算法只是逼近這個(gè)上限而已。 ???

?????算法工程師們花費(fèi)在特征工程建立上面的時(shí)間，基本上占整個(gè)模型構(gòu)建的 60%。 ??

??????那什么是特征工程？對(duì)一個(gè)模型來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗妮斎胍欢ㄊ菙?shù)量化的信息，也就是用向量、矩陣或者張量的形式表示的信息。所以，當(dāng)我們想要利用一些字符串或者其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)時(shí)，我們也一定要把它們先轉(zhuǎn)換成數(shù)量化的信息。像這種把物體表示成一個(gè)向量或矩陣的過(guò)程，就叫做特征工程（Feature Engineering）。 ???????

?那什么是建立特征工程呢？比較常見(jiàn)的，我們可以通過(guò)一個(gè)人的年齡、學(xué)歷、工資、信用卡個(gè)數(shù)等等一系列特征，來(lái)表示這個(gè)人的信用狀況，這就是建立了這個(gè)人信用狀況的特征工程。同時(shí)，我們可以通過(guò)這些特征來(lái)判斷這個(gè)人的信用好壞。 ?????

更具體點(diǎn)來(lái)說(shuō)，建立特征工程的流程是，先做數(shù)據(jù)清洗，再做特征提取，之后是特征篩選，最后是生成訓(xùn)練 / 測(cè)試集。

1. 數(shù)據(jù)清洗

????????在建立特征工程的開(kāi)始階段，算法工程師為了更好地理解數(shù)據(jù)，通常會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)可視化（Data Visualization）的方式直觀地查看到數(shù)據(jù)的特性，比如數(shù)據(jù)的分布是否滿(mǎn)足線(xiàn)性的？數(shù)據(jù)中是否包含異常值？特征是否符合高斯分布等等。然后，才會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，也就是數(shù)據(jù)清洗，來(lái)解決這些數(shù)據(jù)可能存在的數(shù)據(jù)缺失、有異常值、數(shù)據(jù)不均衡、量綱不一致等問(wèn)題。

數(shù)據(jù)缺失

在數(shù)據(jù)清洗階段是最常見(jiàn)的問(wèn)題。在遇到數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題時(shí)，算法工程師可以通過(guò)刪除缺失值或者補(bǔ)充缺失值的手段來(lái)解決它。

至于數(shù)值異常的問(wèn)題，可以選擇的方法就是對(duì)數(shù)據(jù)修正或者直接丟棄，當(dāng)然如果你的目標(biāo)就是發(fā)現(xiàn)異常情況，那就需要保留異常值并且標(biāo)注。

對(duì)于數(shù)據(jù)不均衡的問(wèn)題，因?yàn)閿?shù)據(jù)偏差可能導(dǎo)致后面訓(xùn)練的模型過(guò)擬合或者欠擬合，所以處理數(shù)據(jù)偏差問(wèn)題也是數(shù)據(jù)清洗階段需要考慮的。

針對(duì)量綱不一致的問(wèn)題，也就是同一種數(shù)據(jù)的單位不同，比如金額這個(gè)數(shù)據(jù)，有的是以萬(wàn)元為單位，有的是以元為單位，我們一般是通過(guò)歸一化讓它們的數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一。

2. 特征提取? ? ? ??

????????一般提取出的特征會(huì)有 4類(lèi)常見(jiàn)的形式，分別是數(shù)值型特征數(shù)據(jù)、標(biāo)簽或者描述類(lèi)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系型數(shù)據(jù)。 數(shù)值型特征數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)一般包含大量的數(shù)值特征。

這類(lèi)特征可以直接從數(shù)倉(cāng)中獲取，操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單

一系列聚合函數(shù)也可以去描述特征，比如總次數(shù)、平均次數(shù)，當(dāng)前次數(shù)比上過(guò)去的平均次數(shù)等等。

標(biāo)簽或描述類(lèi)數(shù)據(jù)

這類(lèi)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是包含的類(lèi)別相關(guān)性比較低，并且不具備大小關(guān)系。

這類(lèi)特征的提取方法也非常簡(jiǎn)單，一般就是將這三個(gè)類(lèi)別轉(zhuǎn)化為特征，讓每個(gè)特征值用0、1 來(lái)表示，如有房 [0, 1]、有車(chē) [0, 1] 等等。

非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（處理文本特征）

非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)一般存在于 UGC（User Generated Content，用戶(hù)生成內(nèi)容）內(nèi)容數(shù)據(jù)中。比如我們的用戶(hù)流失預(yù)測(cè)模型用到了用戶(hù)評(píng)論內(nèi)容，而用戶(hù)評(píng)論都是屬于非結(jié)構(gòu)化的文本類(lèi)數(shù)據(jù)。

提取非結(jié)構(gòu)化特征的一般做法就是，對(duì)文本數(shù)據(jù)做清洗和挖掘，挖掘出在一定程度上反映用戶(hù)屬性的特征。

網(wǎng)絡(luò)關(guān)系型數(shù)據(jù)

前三類(lèi)數(shù)據(jù)描述的都是個(gè)人，而網(wǎng)絡(luò)關(guān)系型數(shù)據(jù)描述的是這個(gè)人和周?chē)说年P(guān)系。

提取這類(lèi)特征其實(shí)就是，根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系去挖掘任意兩人關(guān)系之間的強(qiáng)弱，像是家庭關(guān)系、同學(xué)關(guān)系、好友關(guān)系等等。

3. 特征選擇

????特征選擇簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是排除掉不重要的特征，留下重要特征。

算法工程師會(huì)對(duì)希望入模的特征設(shè)置對(duì)應(yīng)的覆蓋度、IV 等指標(biāo)，這是特征選擇的第一步。

然后，再依據(jù)這些指標(biāo)和按照經(jīng)驗(yàn)定下來(lái)的閾值對(duì)特征進(jìn)行篩選。

最后，還要看特征的穩(wěn)定性，將不穩(wěn)定的特征去掉。

4. 訓(xùn)練 / 測(cè)試集

這一步也是模型正式開(kāi)始訓(xùn)練前需要做的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是算法同學(xué)需要把數(shù)據(jù)分成訓(xùn)練集和測(cè)試集，他們會(huì)使用訓(xùn)練集來(lái)進(jìn)行模型訓(xùn)練，會(huì)使用測(cè)試集驗(yàn)證模型效果。

模型訓(xùn)練

模型訓(xùn)練是通過(guò)不斷訓(xùn)練、驗(yàn)證和調(diào)優(yōu)，讓模型達(dá)到最優(yōu)的一個(gè)過(guò)程。

決策邊界是判斷一個(gè)算法是線(xiàn)性還是非線(xiàn)性最重要的標(biāo)準(zhǔn)。

上圖就是三種算法的決策邊界。決策邊界的形式無(wú)非就是直線(xiàn)和曲線(xiàn)兩種，并且這些曲線(xiàn)的復(fù)雜度（曲線(xiàn)的平滑程度）和算法訓(xùn)練出來(lái)的模型能力息息相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)決策邊界曲線(xiàn)越陡峭，模型在訓(xùn)練集上的準(zhǔn)確率越高，但陡峭的決策邊界可能會(huì)讓模型對(duì)未知數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定。

模型訓(xùn)練的目標(biāo)就是找到擬合能力與泛化能力的平衡點(diǎn)。擬合能力代表模型在已知數(shù)據(jù)上表現(xiàn)得好壞，泛化能力代表模型在未知數(shù)據(jù)上表現(xiàn)得好壞。它們之間的平衡點(diǎn)，就是我們通過(guò)不斷地訓(xùn)練和驗(yàn)證找到的模型參數(shù)的最優(yōu)解，因此，這個(gè)最優(yōu)解繪制出來(lái)的決策邊界就具有最好的擬合和泛化能力。這是模型訓(xùn)練中“最優(yōu)”的意思，也是模型訓(xùn)練的核心目標(biāo)。

一般情況下，算法工程師會(huì)通過(guò)交叉驗(yàn)證（Cross Validation）的方式，找到模型參數(shù)的最優(yōu)解。

模型驗(yàn)證

????????模型驗(yàn)證主要是對(duì)待驗(yàn)證數(shù)據(jù)上的表現(xiàn)效果進(jìn)行驗(yàn)證，一般是通過(guò)模型的性能指標(biāo)和穩(wěn)定性指標(biāo)來(lái)評(píng)估。 模型性能 ????????可以理解為模型預(yù)測(cè)的效果，你可以簡(jiǎn)單理解為“預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)不準(zhǔn)”，它的評(píng)估方式可以分為兩大類(lèi)：分類(lèi)模型評(píng)估和回歸模型評(píng)估?。

分類(lèi)模型評(píng)估? ? ???? ??????

??分類(lèi)模型解決的是將一個(gè)人或者物體進(jìn)行分類(lèi)，例如在風(fēng)控場(chǎng)景下，區(qū)分用戶(hù)是不是“好人”，或者在圖像識(shí)別場(chǎng)景下，識(shí)別某張圖片是不是包含人臉。對(duì)于分類(lèi)模型的性能評(píng)估，我們會(huì)用到包括召回率、F1、KS、AUC?這些評(píng)估指標(biāo)。

回歸模型評(píng)估

????????回歸模型解決的是預(yù)測(cè)連續(xù)值的問(wèn)題，如預(yù)測(cè)房產(chǎn)或者股票的價(jià)格，所以我們會(huì)用到方差和 MSE?這些指標(biāo)對(duì)回歸模型評(píng)估。? ?????? ????????對(duì)于產(chǎn)品經(jīng)理來(lái)說(shuō)，我們除了要知道可以對(duì)模型性能進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)都有什么，還要知道這些指標(biāo)值到底在什么范圍是合理的。雖然，不同業(yè)務(wù)的合理值范圍不一樣，我們要根據(jù)自己的業(yè)務(wù)場(chǎng)景來(lái)確定指標(biāo)預(yù)期，但我們至少要知道什么情況是不合理的。 模型穩(wěn)定性 ????????我們可以使用 PSI 指標(biāo)來(lái)判斷模型的穩(wěn)定性，如果一個(gè)模型的 PSI > 0.2，那它的穩(wěn)定性就太差了，這就說(shuō)明算法同學(xué)的工作交付不達(dá)標(biāo)。 ? ?

模型融合 ????

????同時(shí)訓(xùn)練多個(gè)模型，再通過(guò)模型集成的方式把這些模型合并在一起，從而提升模型的準(zhǔn)確率。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用多個(gè)模型的組合來(lái)改善整體的表現(xiàn)。????????

模型部署? ??????

一般情況下，因?yàn)樗惴▓F(tuán)隊(duì)和工程團(tuán)隊(duì)是分開(kāi)的兩個(gè)組織架構(gòu)，所以算法模型基本也是部署成獨(dú)立的服務(wù)，然后暴露一個(gè) HTTP API 給工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行調(diào)用，這樣可以解耦相互之間的工作依賴(lài)，簡(jiǎn)單的機(jī)器學(xué)習(xí)模型一般通過(guò) Flask 來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的部署，深度學(xué)習(xí)模型一般會(huì)選 TensorFlow Serving?來(lái)實(shí)現(xiàn)模型部署。

編輯：黃飛

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