L¡¯apprentissage machine (ML ) est un sous-ensemble de l¡¯intelligence artificielle (AI) qui permet aux syst¨¨mes d¡¯apprendre des donn¨¦es sans ¨ºtre explicitement programm¨¦s. Au lieu de s¡¯appuyer sur une programmation bas¨¦e sur des r¨¨gles, les algorithmes d¡¯ML d¨¦tectent les sch¨¦mas dans les donn¨¦es et prennent des pr¨¦dictions ou des d¨¦cisions bas¨¦es sur les donn¨¦es. L¡¯ML est de plus en plus crucial dans divers secteurs, car il permet d¡¯analyser de grands ensembles de donn¨¦es, d¡¯identifier des sch¨¦mas et de faire des pr¨¦dictions ou de prendre des d¨¦cisions avec une pr¨¦cision accrue.
Les pipelines d¡¯apprentissage machine sont devenus une partie importante du MLOps . En suivant un pipeline d¡¯apprentissage machine bien d¨¦fini, les organisations peuvent r¨¦duire les d¨¦lais de mise sur le march¨¦ et garantir la fiabilit¨¦ et l¡¯¨¦volutivit¨¦ de leurs solutions d¡¯AI.
Cet article explore ce que sont les pipelines ML, leurs composants cl¨¦s, la mani¨¨re de cr¨¦er un pipeline ML, les d¨¦fis et les bonnes pratiques du pipeline ML.?
Qu¡¯est-ce qu¡¯un pipeline ML??
Un pipeline ML est une s¨¦quence d¡¯¨¦tapes interconnect¨¦es qui transforment les donn¨¦es brutes en mod¨¨les ML entra?n¨¦s et d¨¦ployables. Chaque ¨¦tape du pipeline ex¨¦cute une t?che sp¨¦cifique, comme le pr¨¦traitement des donn¨¦es, l¡¯ing¨¦nierie des fonctionnalit¨¦s, l¡¯entra?nement des mod¨¨les, l¡¯¨¦valuation, le d¨¦ploiement et la maintenance. Le r¨¦sultat d¡¯une ¨¦tape sert d¡¯entr¨¦e ¨¤ la suivante, cr¨¦ant un flux de travail rationalis¨¦ pour le d¨¦veloppement et le d¨¦ploiement de mod¨¨les d¡¯apprentissage machine.
L¡¯objectif d¡¯un pipeline d¡¯apprentissage machine est d¡¯automatiser et de normaliser le flux de travail ML afin d¡¯am¨¦liorer l¡¯efficacit¨¦, la reproductibilit¨¦ et l¡¯¨¦volutivit¨¦.?
Composants d¡¯un pipeline d¡¯apprentissage machine
Les composants cl¨¦s d¡¯un pipeline d¡¯apprentissage machine englobent diff¨¦rentes ¨¦tapes, chacune jouant un r?le essentiel dans la transformation des donn¨¦es brutes en un mod¨¨le d¡¯apprentissage machine entra?n¨¦ et d¨¦ployable.
Ces composants sont les suivants?:
1. Ingestion de donn¨¦es
L¡¯ingestion de donn¨¦es implique de collecter des donn¨¦es brutes provenant de diverses sources telles que des bases de donn¨¦es, des fichiers, des API ou des plateformes de streaming. Des donn¨¦es pertinentes et de haute qualit¨¦ sont essentielles pour entra?ner des mod¨¨les d¡¯ML pr¨¦cis. L¡¯ingestion de donn¨¦es garantit que le pipeline a acc¨¨s aux donn¨¦es n¨¦cessaires pour l¡¯analyse et le d¨¦veloppement de mod¨¨les.
2. Pr¨¦traitement des donn¨¦es
Le pr¨¦traitement des donn¨¦es comprend des t?ches telles que le nettoyage, la transformation et la normalisation des donn¨¦es brutes pour les rendre adapt¨¦es ¨¤ l¡¯analyse et ¨¤ la mod¨¦lisation. Le pr¨¦traitement permet de r¨¦soudre des probl¨¨mes tels que les valeurs manquantes, les valeurs aberrantes et les incoh¨¦rences dans les donn¨¦es, qui pourraient nuire aux performances du mod¨¨le si elles ne sont pas g¨¦r¨¦es. Elle garantit que les donn¨¦es sont dans un format coh¨¦rent et utilisable pour les ¨¦tapes suivantes.
3. Ing¨¦nierie des fonctionnalit¨¦s
L¡¯ing¨¦nierie des fonctionnalit¨¦s consiste ¨¤ s¨¦lectionner, extraire ou cr¨¦er des fonctionnalit¨¦s pertinentes ¨¤ partir des donn¨¦es pr¨¦trait¨¦es qui sont informatives pour l¡¯entra?nement du mod¨¨le ML. Les fonctionnalit¨¦s bien con?ues capturent des sch¨¦mas et des relations importants dans les donn¨¦es, ce qui permet d¡¯obtenir des mod¨¨les plus pr¨¦cis et plus robustes. L¡¯ing¨¦nierie des fonctionnalit¨¦s est essentielle pour optimiser la puissance pr¨¦dictive et la capacit¨¦ de g¨¦n¨¦ralisation du mod¨¨le.
4. Formation au mod¨¨le
L¡¯apprentissage du mod¨¨le consiste ¨¤ s¨¦lectionner un algorithme d¡¯ML appropri¨¦, ¨¤ l¡¯adapter ¨¤ l¡¯ensemble de donn¨¦es pr¨¦par¨¦ et ¨¤ optimiser ses param¨¨tres pour minimiser les erreurs de pr¨¦diction. L¡¯entra?nement du mod¨¨le sur des donn¨¦es ¨¦tiquet¨¦es lui permet d¡¯apprendre des sch¨¦mas et des relations, ce qui lui permet de faire des pr¨¦dictions ou de prendre des d¨¦cisions sur des donn¨¦es invisibles. Le choix de l¡¯algorithme et du processus d¡¯entra?nement influence consid¨¦rablement les performances et l¡¯ad¨¦quation du mod¨¨le ¨¤ la t?che ¨¤ accomplir.
5. ?valuation du mod¨¨le
L¡¯¨¦valuation du mod¨¨le ¨¦value les performances du mod¨¨le entra?n¨¦ ¨¤ l¡¯aide de mesures telles que l¡¯exactitude, la pr¨¦cision, le rappel, le score F1 ou l¡¯aire sous la courbe (ASC). Cette ¨¦valuation permet d¡¯¨¦valuer la g¨¦n¨¦ralisation du mod¨¨le aux donn¨¦es invisibles et d¡¯identifier les probl¨¨mes potentiels, tels qu¡¯un surajustement ou un sous-ajustement. Il fournit des informations sur les points forts et les points faibles du mod¨¨le, guidant ainsi les it¨¦rations et am¨¦liorations.
Chacun de ces composants joue un r?le crucial dans le pipeline d¡¯apprentissage machine, contribuant collectivement au d¨¦veloppement de mod¨¨les d¡¯ML pr¨¦cis et fiables. En relevant syst¨¦matiquement les d¨¦fis li¨¦s aux donn¨¦es, en optimisant la repr¨¦sentation des fonctionnalit¨¦s et en s¨¦lectionnant les algorithmes appropri¨¦s, le pipeline permet aux organisations d¡¯extraire des informations pr¨¦cieuses et de prendre des d¨¦cisions ¨¦clair¨¦es ¨¤ partir de leurs donn¨¦es.
Comment cr¨¦er un pipeline d¡¯apprentissage machine
La cr¨¦ation d¡¯un pipeline d¡¯apprentissage machine se fait en plusieurs ¨¦tapes?:
1. Collecter les donn¨¦es?
Tout d¡¯abord, vous devez identifier les sources de donn¨¦es pertinentes en fonction du domaine probl¨¦matique et des objectifs, puis collecter des donn¨¦es ¨¤ partir de bases de donn¨¦es, d¡¯API, de fichiers ou d¡¯autres sources. Enfin, vous devez garantir la qualit¨¦ des donn¨¦es en v¨¦rifiant leur exhaustivit¨¦, leur coh¨¦rence et leur exactitude.
2. Nettoyer les donn¨¦es
La premi¨¨re ¨¦tape du nettoyage de vos donn¨¦es consiste ¨¤ imputer les valeurs manquantes ¨¤ l¡¯aide de techniques telles que la moyenne, la m¨¦diane ou l¡¯imputation en mode, ou ¨¤ supprimer des lignes ou des colonnes avec des valeurs manquantes, le cas ¨¦ch¨¦ant. Ensuite, d¨¦tectez et g¨¦rez les valeurs aberrantes ¨¤ l¡¯aide de m¨¦thodes telles que l¡¯¨¦lagage, la winsorisation ou le remplacement des valeurs aberrantes, et standardisez les fonctionnalit¨¦s num¨¦riques pour obtenir une moyenne de 0 et un ¨¦cart type de 1, ou faites-les ¨¦voluer ¨¤ une plage sp¨¦cifique. Ensuite, convertissez les variables cat¨¦gorielles en repr¨¦sentations num¨¦riques ¨¤ l¡¯aide de techniques telles que l¡¯encodage ¨¤ chaud ou l¡¯encodage d¡¯¨¦tiquettes et appliquez des transformations telles que la transformation des journaux, la transformation Box-Cox ou l¡¯¨¦volution des fonctionnalit¨¦s pour am¨¦liorer la distribution des donn¨¦es et les performances du mod¨¨le.
3. Ing¨¦nierie des fonctionnalit¨¦s
Tout d¡¯abord, vous devez identifier les fonctionnalit¨¦s susceptibles d¡¯¨ºtre utiles pour pr¨¦dire la variable cible en fonction des connaissances du domaine ou de l¡¯analyse de l¡¯importance des fonctionnalit¨¦s. Ensuite, g¨¦n¨¦rez de nouvelles fonctionnalit¨¦s en combinant des fonctionnalit¨¦s existantes, en effectuant des op¨¦rations math¨¦matiques ou en extrayant des informations ¨¤ partir de texte ou d¡¯autres donn¨¦es non structur¨¦es. Et enfin, faites ¨¦voluer les fonctionnalit¨¦s num¨¦riques ¨¤ une ¨¦chelle commune pour emp¨ºcher certaines fonctionnalit¨¦s de dominer le processus d¡¯entra?nement du mod¨¨le.
4. S¨¦lectionner et entra?ner le mod¨¨le
S¨¦lectionnez des algorithmes d¡¯apprentissage machine (r¨¦gression lin¨¦aire, arbres d¨¦cisionnels, for¨ºts al¨¦atoires, machines vectorielles de support) en fonction de la nature du probl¨¨me (classification, r¨¦gression, clustering), puis divisez l¡¯ensemble de donn¨¦es en ensembles d¡¯entra?nement et de validation (par exemple, en utilisant un ¨¦chantillonnage stratifi¨¦ pour les t?ches de classification) afin d¡¯¨¦valuer les performances du mod¨¨le. Enfin, adaptez les algorithmes s¨¦lectionn¨¦s aux donn¨¦es d¡¯entra?nement ¨¤ l¡¯aide de techniques d¡¯entra?nement appropri¨¦es (par exemple, descente en d¨¦grad¨¦ pour les r¨¦seaux neuronaux, algorithmes bas¨¦s sur des arbres pour les arbres de d¨¦cision).
5. R¨¦gler les hyperparam¨¨tres
Identifier les hyperparam¨¨tres des algorithmes choisis qui contr?lent le comportement du mod¨¨le (par exemple, taux d¡¯apprentissage, force de r¨¦gularisation, profondeur de l¡¯arbre). Utilisez des techniques telles que la recherche de grille, la recherche al¨¦atoire ou l¡¯optimisation bay¨¦sienne pour trouver les valeurs d¡¯hyperparam¨¨tre optimales qui optimisent les performances du mod¨¨le sur l¡¯ensemble de validation. Ensuite, affinez les hyperparam¨¨tres du mod¨¨le de mani¨¨re it¨¦rative en fonction des performances de validation jusqu¡¯¨¤ obtenir des r¨¦sultats satisfaisants.
6. ?valuer les mod¨¨les
?valuez les performances des mod¨¨les entra?n¨¦s sur l¡¯ensemble de validation ¨¤ l¡¯aide de mesures d¡¯¨¦valuation appropri¨¦es (par exemple, exactitude, pr¨¦cision, rappel, F1-score ROC-ASC), puis comparez les performances des diff¨¦rents mod¨¨les pour s¨¦lectionner celui qui est le plus performant pour le d¨¦ploiement.