一文盘点AutoML 库，自动机器学习演讲摘要
一文盘点AutoML 库，自动机器学习演讲摘要
翻译：王雨桐
校对：王威力
本文长度约为1300字，建议阅读5分钟
自动化程度
Jeff Dean在ICML 2019上进行了有关AutoML的演讲，并将自动化分为4个级别：
- 手动构造预测变量，不引入学习的步骤；
- 手工选择特征，学习预测。引入自动化超参数调优（HPO）工具，例如Hyperopt，Optuna，SMAC3，scikit-optimize等；
- 手工构造算法，端到端学习特征和预测。除了HPO外，还有其他一些工具，例如featuretools，tsfresh，boruta等；
- 完全自动化。端到端学习算法，特征和预测。自动化算法（模型）选择工具，例如Auto-sklearn，TPOT，H2O，auto_ml，MLBox等。
参数自动优化的两种方法
广泛使用的优化方法有两种，一种是贝叶斯优化方法，它基于过去的结果搜索未知参数范围。典型的算法有TPE，SMAC，GP-EL等。
另一种方法是在训练时终止学习，从而高效地搜索参数，例如逐层减半（Successive Halving），超带宽（Hyperband）等。
蓝色点表示训练将继续，红色点表示训练将停止。
AutoML库
我们可以将这些库分为贝叶斯优化算法和早停法算法。
综合考虑到质量和速度，我们推荐使用的两个库是Optuna和scikit-optimize。
自动化特征工程
TPOT和Auto-sklear在使用上仍然有局限性。因此，我们将特征工程分为两类，特征生成和特征选择。
- 特征生成
- Featuretools: Deep feature synthesis
- tsfresh
- 特征选择
- 3种方法： 包装法（Wrapper），过滤法(Filter)，嵌入法（Embedded）
- Scikit-lean 和Boruta
自动化算法（模型）选择
AutoML作为一个CASH问题（混合算法选择和超参优化），其中两个重要的问题是，没有一个适用于所有数据集的最优模型；一些模型对于超参数很敏感。我们需要同时解决模型选择和超参调优的问题。
Optuna也可以解决CASH问题，如下图。
自动算法选择的比较如下：
- Auto-sklearn
- TPOT
- h2o-3
- auto_ml
- MLBox
图七表示的是不同框架算法下，在分类数据集问题上的F1值。图八表示的不同框架算法下，在回归数据集上的均方误差（MSE）。其中箱型图分别表示上限、下四分位、中位、下四分位、下限，灰色圆圈表示异常值。
针对不同的任务推荐使用不同方法。
- 回归任务：auto-sklearn（基于贝叶斯）
- 分类任务：TPOT（基于遗传算法）
自动化的神经体系结构搜索
自动神经体系结构搜索在学术界也是一个非常热门的话题，但在工业界并未得到广泛使用。
Reference
- https://www.slideshare.net/c-bata/pythonautoml-at-pyconjp-2019
- https://arxiv.org/pdf/1012.2599.pdf
- https://arxiv.org/pdf/1810.05934.pdf
- https://arxiv.org/pdf/1502.07943.pdf
- https://arxiv.org/pdf/1808.06492.pdf
以下是日语幻灯片的链接：
https://www.slideshare.net/c-bata/pythonautoml-at-pyconjp-2019
原文链接：
https://towardsdatascience.com/overview-of-automl-from-pycon-jp-2019-c8996954692f
编辑：王菁
校对：林亦霖
译者简介
王雨桐，UIUC统计学在读硕士，本科统计专业，目前专注于Coding技能的提升。理论到应用的转换中，敬畏数据，持续进化。