Visaptverošs ceļvedis MLOps un modeļu izvietošanas cauruļvadiem, kas aptver labāko praksi, rīkus, automatizāciju, uzraudzību un mērogošanu globāliem AI pasākumiem.
MLOps: Pārvaldiet modeļu izvietošanas cauruļvadus globālai veiksmei
Mūsdienu uz datiem balstītajā pasaulē mašīnmācīšanās (ML) modeļi arvien vairāk kļūst par neatņemamu sastāvdaļu uzņēmējdarbības procesos dažādās nozarēs un ģeogrāfiskajās vietās. Tomēr modeļa izveide un apmācība ir tikai pirmais solis. Lai gūtu patieso ML vērtību, organizācijām ir efektīvi jāizvieto, jāuzrauga un jāpārvalda šie modeļi ražošanā. Šeit nāk talkā MLOps (Machine Learning Operations). MLOps ir prakšu kopums, kura mērķis ir automatizēt un racionalizēt ML dzīvesciklu, sākot no modeļu izstrādes līdz izvietošanai un uzraudzībai, nodrošinot uzticamus un mērogojamus AI risinājumus. Šis visaptverošais ceļvedis aplūkos MLOps kritisko aspektu: Modeļu izvietošanas cauruļvadus.
Kas ir modeļu izvietošanas cauruļvadi?
Modeļu izvietošanas cauruļvads ir automatizēta darba plūsma, kas paņem apmācītu ML modeli un izvieto to ražošanas vidē, kur to var izmantot prognožu vai secinājumu veikšanai. Šie cauruļvadi ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu, ka modeļi tiek izvietoti ātri, uzticami un konsekventi. Tie ietver virkni savstarpēji savienotu soļu, ko bieži automatizē, izmantojot nepārtrauktas integrācijas un nepārtrauktas piegādes (CI/CD) principus.
Domājiet par to kā par jūsu ML modeļu montāžas līniju. Tā vietā, lai montētu fiziskus produktus, šī montāžas līnija sagatavo jūsu modeli reālai lietošanai. Katrs solis cauruļvadā pievieno vērtību, nodrošinot, ka modelis ir gatavs darboties optimāli un uzticami.
Kāpēc modeļu izvietošanas cauruļvadi ir svarīgi?
Ieviešot robustus modeļu izvietošanas cauruļvadus, tiek gūti vairāki galvenie ieguvumi:
- Ātrāks laiks tirgū: Izvietošanas procesa automatizācija ievērojami samazina laiku, kas nepieciešams modeļu ieviešanai ražošanā, ļaujot uzņēmumiem ātri reaģēt uz mainīgajiem tirgus apstākļiem un iegūt konkurenci priekšrocības.
- Uzlabota modeļu uzticamība: Standartizētie cauruļvadi nodrošina, ka modeļi tiek izvietoti konsekventi, samazinot kļūdu risku un uzlabojot to uzticamību ražošanā.
- Uzlabota mērogojamība: Automatizētie cauruļvadi atvieglo modeļu mērogošanu, lai apstrādātu pieaugošās darba slodzes un datu apjomus, nodrošinot, ka tie var apmierināt augošā uzņēmuma prasības.
- Samazinātas ekspluatācijas izmaksas: Automatizācija samazina manuālās iejaukšanās nepieciešamību, samazinot ekspluatācijas izmaksas un atbrīvojot datu zinātniekus, lai viņi varētu koncentrēties uz stratēģiskākiem uzdevumiem.
- Labāka modeļu pārvaldība: Cauruļvadi nodrošina versiju kontroli, audita pavedienus un drošības politikas, uzlabojot modeļu pārvaldību un atbilstību.
- Vienkāršoti atjaunošanas procesi: Problēmu gadījumā pēc izvietošanas automatizētie cauruļvadi ļauj ātri un viegli atgriezties pie iepriekšējām modeļu versijām.
Modeļu izvietošanas cauruļvada galvenās sastāvdaļas
Tipisks modeļu izvietošanas cauruļvads sastāv no šādām galvenajām sastāvdaļām:1. Modeļa apmācība un validācija
Šeit ML modelis tiek izstrādāts, apmācīts un validēts, izmantojot vēsturiskos datus. Process ietver:
- Datu sagatavošana: Datu tīrīšana, transformēšana un sagatavošana apmācībai. Tas var ietvert iezīmju izstrādi, trūkstošo vērtību apstrādi un skaitlisko iezīmju mērogošanu.
- Modeļa izvēle: Piemērotākā ML algoritma izvēle atbilstoši problēmai un datu raksturlielumiem.
- Modeļa apmācība: Modeļa apmācība, izmantojot sagatavotos datus, un tā hipersavienojumu (hyperparameters) izlīdzināšana, lai optimizētu tā veiktspēju.
- Modeļa validācija: Modeļa veiktspējas novērtēšana atsevišķā validācijas datu kopā, lai nodrošinātu, ka tas labi vispārina uz neredzētiem datiem. Izplatītākie rādītāji ietver precizitāti (accuracy), patiesīgumu (precision), atsaukšanu (recall), F1-punktu (F1-score) un AUC (laukums zem līknes).
Piemērs: Globāls e-komercijas uzņēmums varētu apmācīt ieteikumu sistēmu, lai ieteiktu produktus lietotājiem, pamatojoties uz viņu iepriekšējo pirkumu vēsturi un pārlūkošanas uzvedību. Datu sagatavošanas posmā tiktu tīrīti un transformēti lietotāju dati no dažādiem avotiem, piemēram, vietņu žurnāliem, darījumu datubāzēm un mārketinga kampaņām. Modeļa validācijas posmā tiktu nodrošināts, ka ieteikumi ir atbilstoši un precīzi dažādiem lietotāju segmentiem dažādās valstīs.
2. Modeļa iepakojums
Kad modelis ir apmācīts un validēts, tas ir jāiepako formātā, ko var viegli izvietot un apkalpot. Tas parasti ietver:
- Serializācija: Apmācītā modeļa saglabāšana faila formātā (piemēram, Pickle, PMML, ONNX), ko var viegli ielādēt un izmantot apkalpojošā lietojumprogrammā.
- Atkarību pārvaldība: Nepieciešamo atkarību (piemēram, bibliotēku, sistēmu) identificēšana un iepakošana, kas nepieciešamas modeļa darbināšanai. Tas ir panākams, izmantojot rīkus, piemēram, Pip, Conda vai Docker.
- Konteinerizācija: Docker konteinera izveide, kas iekapsulē modeli, tā atkarības un apkalpojošu lietojumprogrammu (piemēram, Flask, FastAPI). Konteinerizācija nodrošina, ka modeli var konsekventi izvietot dažādās vidēs.
Piemērs: Finanšu iestāde, kas izstrādā krāpšanas noteikšanas modeli, varētu iepakot modeli un tā atkarības Docker konteinerī. Tas nodrošina, ka modeli var konsekventi izvietot gan lokālajos serveros, gan mākoņu platformās, neatkarīgi no pamatā esošās infrastruktūras.
3. Modeļa validācija un testēšana (pēc apmācības)
Pirms modeļa izvietošanas ražošanā ir ļoti svarīgi veikt rūpīgu validāciju un testēšanu, lai nodrošinātu, ka tas atbilst prasītajiem veiktspējas un kvalitātes standartiem. Tas var ietvert:
- Vienības testēšana: Atsevišķu modeļa komponentu un tā apkalpojošās lietojumprogrammas testēšana, lai nodrošinātu, ka tās darbojas pareizi.
- Integrācijas testēšana: Cauruļvada dažādo komponentu mijiedarbības testēšana, lai nodrošinātu, ka tās darbojas nevainojami kopā.
- Slodzes testēšana: Modeļa veiktspējas testēšana dažādos slodzes apstākļos, lai nodrošinātu, ka tas var apstrādāt paredzēto trafika apjomu.
- A/B testēšana: Dažādu modeļu versiju izvietošana lietotāju apakškopai un to veiktspējas salīdzināšana, lai noteiktu, kura versija darbojas vislabāk.
Piemērs: Braucienu koplietošanas uzņēmums varētu izmantot A/B testēšanu, lai salīdzinātu divu dažādu modeļu veiktspēju, prognozējot braucienu pieprasījumu. Viens modelis varētu būt balstīts uz tradicionālām statistikas metodēm, bet otrs — uz dziļās mācīšanās pieeju. Salīdzinot modeļu veiktspēju attiecībā uz galvenajiem rādītājiem, piemēram, prognožu precizitāti un lietotāju apmierinātību, uzņēmums var noteikt, kurš modelis ir efektīvāks.
4. Modeļa izvietošana
Šeit iepakotais modelis tiek izvietots ražošanas vidē, kur to var izmantot prognožu apkalpošanai. Izvietošanas iespējas ietver:
- Izvietošana mākoņdatošanā: Modeļa izvietošana mākoņu platformā, piemēram, AWS, Azure vai Google Cloud. Tas piedāvā mērogojamību, uzticamību un izmaksu efektivitāti. Pakalpojumi, piemēram, AWS SageMaker, Azure Machine Learning un Google AI Platform, nodrošina pārvaldītas vides ML modeļu izvietošanai un apkalpošanai.
- Izvietošana uz vietas: Modeļa izvietošana uz vietējiem serveriem. Tas var būt nepieciešams organizācijām ar stingrām datu privātuma vai drošības prasībām.
- Malu izvietošana: Modeļa izvietošana malu ierīcēs, piemēram, viedtālruņos, IoT ierīcēs vai autonomos transportlīdzekļos. Tas ļauj veikt prognozēšanu reāllaikā bez nepieciešamības nosūtīt datus uz mākoņiem.
Piemērs: Globāls loģistikas uzņēmums varētu izvietot piegādes maršrutu optimizēšanas modeli mākoņu platformā. Tas ļauj uzņēmumam mērogot modeli, lai apstrādātu pieaugošo piegāžu apjomu un nodrošinātu tā pieejamību autovadītājiem visā pasaulē.
5. Modeļa uzraudzība un žurnalu veidošana
Pēc modeļa izvietošanas ir ļoti svarīgi nepārtraukti uzraudzīt tā veiktspēju un reģistrēt tā uzvedību. Tas ietver:
- Veiktspējas uzraudzība: Galveno rādītāju, piemēram, prognožu precizitātes, latentuma un caurlaides, izsekošana, lai nodrošinātu, ka modelis darbojas, kā paredzēts.
- Datu novirzes noteikšana: Ieejas datu sadalījuma uzraudzība, lai noteiktu izmaiņas, kas varētu liecināt par modeļa veiktspējas pasliktināšanos.
- Koncepcijas novirzes noteikšana: Ieejas iezīmju un mērķa mainīgā attiecību uzraudzība, lai noteiktu izmaiņas, kas varētu liecināt par modeļa veiktspējas pasliktināšanos.
- Žurnalu veidošana: Visu modeļu prognožu, ievades datu un kļūdu reģistrēšana, lai iespējotu atkļūdošanu un auditu.
Piemērs: Tiešsaistes reklāmas platforma varētu uzraudzīt modeļa veiktspēju, prognozējot klikšķu likmes. Izsekojot rādītājus, piemēram, prognožu precizitāti un klikšķu likmes, platforma var noteikt, kad modeļa veiktspēja pasliktinās, un veikt koriģējošas darbības, piemēram, apmācīt modeli atkārtoti vai pielāgot tā hipersavienojumus.
6. Modeļa atkārtota apmācība un versijas
ML modeļi nav statiski; to veiktspēja laika gaitā var pasliktināties, jo dati, uz kuriem tie tika apmācīti, kļūst novecojuši. Tāpēc ir ļoti svarīgi periodiski atkārtoti apmācīt modeļus ar jauniem datiem un izvietot atjauninātas versijas. Tas ietver:
- Automatizēta atkārtota apmācība: Automatizētu cauruļvadu iestatīšana, lai modeļus atkārtoti apmācītu regulāri (piemēram, katru dienu, nedēļu, mēnesi) vai, ja tiek pārkāpti noteikti veiktspējas sliekšņi.
- Versijas: Dažādu modeļu versiju un to saistīto metadatu izsekošana, lai iespējotu atjaunošanas un audita procesus.
- Modeļu reģistrs: Modeļu reģistra izmantošana, lai glabātu un pārvaldītu visas modeļu versijas kopā ar to saistītajiem metadatiem.
Piemērs: Laika prognožu dienests varētu katru dienu atkārtoti apmācīt savus modeļus ar jaunākajiem laika datiem, lai nodrošinātu, ka tā prognozes ir pēc iespējas precīzākas. Dienests arī uzturētu modeļu reģistru, lai izsekotu dažādas modeļu versijas un ļautu veikt atjaunošanu, ja rodas problēmas ar jaunu versiju.
Efektīva modeļu izvietošanas cauruļvada izveide: Labākā prakse
Lai izveidotu efektīvu modeļu izvietošanas cauruļvadu, apsveriet šādas labākās prakses:
- Izmantojiet automatizāciju: Automatizējiet pēc iespējas vairāk cauruļvada soļu, sākot no modeļa apmācības un validācijas līdz izvietošanai un uzraudzībai. Tas samazina kļūdu risku, uzlabo efektivitāti un nodrošina ātrāku laiku tirgū.
- Ieviesiet versiju kontroli: Izmantojiet versiju kontroles sistēmas (piemēram, Git), lai izsekotu izmaiņas kodā, datos un modeļos. Tas ļauj sadarboties, veikt atjaunošanu un auditus.
- Izmantojiet infrastruktūru kā kodu (IaC): Pārvaldiet infrastruktūru, izmantojot kodu (piemēram, Terraform, CloudFormation), lai nodrošinātu, ka vides tiek nodrošinātas konsekventi un reproducējami.
- Pieņemiet CI/CD prakses: Integrējiet modeļu izvietošanas cauruļvadu ar CI/CD sistēmām, lai automatizētu izveides, testēšanas un izvietošanas procesu.
- Uzraudziet modeļa veiktspēju: Nepārtraukti uzraudziet modeļa veiktspēju ražošanā un iestatiet brīdinājumus, lai noteiktu problēmas, piemēram, datu vai koncepcijas novirzes.
- Ieviesiet drošības labākās prakses: Nodrošiniet cauruļvadu un modeļus, ieceļojot piekļuves kontroles, šifrēšanu un citus drošības pasākumus.
- Dokumentējiet visu: Dokumentējiet visus cauruļvada aspektus, ieskaitot kodu, datus, modeļus un infrastruktūru. Tas atvieglo cauruļvada izpratni, uzturēšanu un atkļūdošanu.
- Izvēlieties pareizos rīkus: Izvēlieties savām vajadzībām un budžetam piemērotus rīkus. Ir pieejami daudzi atvērtā pirmkoda un komerciāli rīki modeļu izvietošanas cauruļvadu izveidošanai.
Rīki modeļu izvietošanas cauruļvadu izveidei
Modeļu izvietošanas cauruļvadu izveidei var izmantot vairākus rīkus, tostarp:
- MLflow: Atvērtā pirmkoda platforma visa ML dzīvescikla pārvaldībai, ieskaitot eksperimentu izsekošanu, modeļu iepakošanu un izvietošanu.
- Kubeflow: Atvērtā pirmkoda platforma ML darba plūsmu izvietošanai un pārvaldībai Kubernetes.
- Seldon Core: Atvērtā pirmkoda platforma ML modeļu izvietošanai un pārvaldīšanai Kubernetes.
- AWS SageMaker: Amazon Web Services pārvaldīts ML pakalpojums, kas nodrošina pilnu rīku kopumu ML modeļu izveidei, apmācībai un izvietošanai.
- Azure Machine Learning: Microsoft Azure pārvaldīts ML pakalpojums, kas nodrošina sadarbības vidi ML modeļu izveidei, apmācībai un izvietošanai.
- Google AI Platform: Google Cloud Platform pārvaldīts ML pakalpojums, kas nodrošina mērogojamu un uzticamu infrastruktūru ML modeļu izveidei, apmācībai un izvietošanai.
- TensorFlow Extended (TFX): Pilna cikla platforma ražošanas ML cauruļvadu izvietošanai, izmantojot TensorFlow.
Reāli piemēri MLOps darbībā
Šeit ir daži reāli piemēri tam, kā MLOps tiek izmantots dažādās nozarēs:
- Veselības aprūpe: Pacientu atkārtotas uzņemšanas likmju prognozēšana, lai uzlabotu aprūpes koordināciju un samazinātu izmaksas. Piemēram, slimnīcas Apvienotajā Karalistē izmanto ML, lai prognozētu, kuri pacienti ir pakļauti augstam atkārtotas uzņemšanas riskam, un sniegtu viņiem papildu atbalstu.
- Finanses: Krāpniecisku darījumu noteikšana, lai aizsargātu klientus un novērstu finansiālus zaudējumus. Bankas visā pasaulē izmanto progresīvus krāpšanas noteikšanas modeļus, kas tiek nepārtraukti atjaunināti un pilnveidoti, izmantojot MLOps cauruļvadus.
- Mazumtirdzniecība: Produktu ieteikumu personalizēšana, lai palielinātu pārdošanas apjomus un uzlabotu klientu apmierinātību. Tīmekļa komercijas giganti, piemēram, Amazon un Alibaba, ļoti paļaujas uz MLOps, lai nodrošinātu, ka viņu ieteikumu sistēmas ir precīzas un aktuālas.
- Ražošana: Ražošanas procesu optimizēšana, lai uzlabotu efektivitāti un samazinātu atkritumus. Vācijas rūpnīcas izmanto ML, lai prognozētu aprīkojuma kļūmes un optimizētu apkopes grafikus.
- Transports: Piegādes maršrutu optimizēšana, lai samazinātu degvieltas patēriņu un uzlabotu piegādes laikus. Loģistikas uzņēmumi, piemēram, FedEx un UPS, izmanto MLOps, lai pārvaldītu un optimizētu savus maršrutu plānošanas modeļus.
MLOps nākotne
MLOps ir strauji attīstoša joma, un tās nākotne ir spoža. Tā kā ML kļūst arvien izplatītāka, vajadzība pēc robustiem un mērogojamiem MLOps risinājumiem tikai pieaugs. Dažas galvenās tendences, kurām vērts pievērst uzmanību, ir:
- Automatizēta iezīmju izstrāde: Jaunu iezīmju izveides procesa automatizēšana no neapstrādātiem datiem.
- Skaidrojamais AI (XAI): Modeļu izstrāde, kurus ir vieglāk saprast un interpretēt.
- Federatīvā mācīšanās: Modeļu apmācība uz decentralizētiem datiem, neizpaužot pašus datus.
- Malu MLOps: ML modeļu izvietošana un pārvaldīšana uz malu ierīcēm.
- AI darbināts MLOps: AI izmantošana, lai automatizētu un uzlabotu dažādus MLOps procesa aspektus.
Noslēgums
Modeļu izvietošanas cauruļvadi ir kritiska MLOps sastāvdaļa, kas ļauj organizācijām efektīvi izvietot, uzraudzīt un pārvaldīt ML modeļus. Izmantojot automatizāciju, ieviešot labākās prakses un izvēloties pareizos rīkus, uzņēmumi var izveidot robustus un mērogojamus cauruļvadus, kas sniedz ievērojamu biznesa vērtību. Tā kā MLOps turpina attīstīties, tam būs arvien svarīgāka loma, palīdzot organizācijām izmantot AI spēku globālai veiksmei. Galvenais ir sākt maz, bieži atkārtot un nepārtraukti uzlabot savas MLOps prakses, lai apmierinātu mainīgās uzņēmuma vajadzības un nepārtraukti mainīgo mākslīgā intelekta ainavu.