21.03.2021 14:09
MaxRokatansky 2 1400 Источник

Управлять проектами машинного обучения (Machine learning) и data science сложно, поскольку проекты часто носят исследовательский характер, и трудно предсказать, сколько времени потребуется на их завершение. Часто всё начинается с одной идеи, а затем перетекает в новое направление, когда предложенный метод не срабатывает или если предположения относительно данных оказываются неверными.

Построение модели также является длительным процессом (по сравнению с работой в сфере программного обеспечения и аналитики), и data scientist нередко попадает в кроличью нору и тратит месяцы на проект, не имея четких представлений о прогрессе. Еще одно отличие от стандартных практик разработки программного обеспечения заключается в том, что построение модели обычно выполняется всего одним человеком, и это не совсем вписывается в традиционные командные рабочие процессы, такие как Kanban и Scrum.

Я потратил достаточно много времени, изучая существующие рабочие процессы (в основном в Jira) с точки зрения пригодности для управления проектами машинного обучения и data science, но безуспешно. Большая часть информации нацелена на разработку программного обеспечения и фокусируется на Agile методологиях.  Обсуждая этот вопрос с коллегами и друзьями мне не удалось найти ничего, что было бы адаптировано для машинного обучения и data science. Я заметил, что часть коллег пытаются адаптировать свой рабочий процесс к стандартной инженерной практике, в других же случаях, они вообще не пытаются управлять проектами. Последнее особенно проблематично, по причине того, что проекты, которые требуют слишком много времени и замахиваются на слишком большую предметную область, вероятнее всего провалятся.

Поскольку мне не удалось найти подходящее решение, я решил разработать собственную рабочую схему для управления проектами машинного обучения и data science. Данный процесс может быть реализован в Jira и позволяет мне легко отслеживать статус проектов, вести отчетность, а также не давать раздуваться предметной области, избегая построения чересчур сложных моделей. У наших исследователей появляется рабочая схема, которая помогает им в построении модели, что повышает их успехи в проекте. Я пользуюсь этой системой уже несколько лет, и мы с моей командой очень довольны ею.

Этапы проекта машинного обучения четко определены

Независимо от того, создаете ли вы сложный алгоритм компьютерного зрения с использованием методов глубокого обучения, модель обучения ранжированию с помощью LightGBM или даже простую линейную регрессию, процесс построения модели машинного обучения имеет четко определенные этапы. На схеме показаны шаги построения модели от первоначального исследования до анализа результатов A/B-тестирования. Обратите внимание, что у каждого этапа есть конечные результаты (deliverable или майлстоун). Это та стадия процесса, когда вы обсуждаете получившийся результат с командой или стейкхолдерами.

1) Исследование (Research)

Исследование — это начальный этап проекта. Оно включает в себя переговоры со стейкхолдерами, чтобы понять цели и ожидания от проекта, переговоры с бизнес-аналитиками, которые помогают выяснить, какие данные нам доступны и где их можно получить. Улучшить интуитивное понимание задачи поможет формулирование некоторых первоначальных запросов и исследование данных.

Предполагается, что на этом этапе исследователь в основном занимается изучением литературы и выбором методологии решения задачи. Сюда также входит коллективный поиск творческих решений с коллегами, если таковые имеются. Иногда для выбора методологии также требуется изучение существующих готовых решений и инструментов, и создания примитивных прототипов с помощью Jupiter notebook.

Конечный результат: результатом этого этапа является подробный план реализации проекта с разбивкой на последующие этапы (например, исследование данных, моделирование, коммерческое внедрение и анализ результатов) и связанный с ними предполагаемый уровень требуемых усилий (измеряется количеством недель). Также необходимо определить методологию и данные, которые будут использоваться.

План также демонстрируется стейкхолдерам для получения их фидбека.

2) Исследование данных (Data Exploration)

Это традиционный этап исследования данных с помощью Pandas и Jupiter notebook (или иногда Tableau) с целью получения каких-либо выводов о используемых данных. Типичный анализ включает подсчет количества строк в данных, создание гистограмм для различных агрегатов функций, графиков тенденций с динамикой и нескольких графиков распределения. Исследователи также будут формировать запросы, которые станут ядром их ETL модели.

Конечный результат: подробный отчет об исследовании данных с помощью Jupiter notebook, содержащий графики и комментарии, дающий какое-либо представление о используемых данных. Отчет будет передан остальной части команды и стейкхолдерам проекта.

3) Моделирование (Modeling)

В этом собственно вся суть проекта. На этом этапе исследователи начинают построение своих моделей, используя наш внутренний фреймворк. Это включает в себя создание ETL-системы, конструирование признаков и подготовку модели. Этап также включает построение базовых моделей и всестороннюю оценку окончательного решения.

Конечные результаты: Результатами этого этапа являются:

  1. Прототип модели

  2. Отчет в Jupyter notebook с обширной оценкой модели

Отчет по результатам будет представлен команде и стейкхолдерам проекта.

4) Коммерческое внедрение (Productization)

На данном этапе происходит реализация кода окончательной версии. Распространенные задачи на этом этапе включают в себя добавление комментариев ко всем функциям и обеспечение правильного форматирования кода в соответствии со стандартами Python и соглашением рабочей команды. Код снабжается такими отчетными метриками, как количество извлеченных строк, количество строк в выходных данных, погрешность прогнозирования по нескольким метрикам и важность признаков, когда это возможно. Наконец, код проверяется одним data scientist’ом и одним инженером.

Иногда процесс коммерческого внедрения приводит к постоянному взаимодействию с разработчиками платформы. Это особенно актуально для моделей реального времени, где производительность во время выполнения критически важна. Также может оказаться, что требования к памяти для кода слишком велики, что приведет к проблемам во время конвейерной обработки. Инженеры могут отменить релиз и потребовать сокращения объема памяти для тренировки модели.

Конечный результат: результатом этого этапа является код, закомиченный в ветку master, который готов к развертыванию командой разработчиков платформы.

5) A/B-тестирование (A/B Testing)

Большинство моделей проходят этап A/B-тестирования. С его помощью специалисты и стейкхолдеры определяют детали теста: период проведения тестирования, процент трафика, контроль тестирования, интерпретация результатов и т. д. В период тестирования члены команды будут задействованы в других проектах, но им все же нужно будет уделять внимание и тестированию.

6) Анализ результатов (Results Analysis)

В число задач каждого исследователя входит составление подробного анализа результатов своей собственной модели. На этом этапе они будут анализировать метрики результатов разными способами, чтобы понять, что происходит на самом деле. В частности, если тест не удался, нам нужно покопаться в результатах, чтобы выяснить, что пошло не так.

Конечные результаты:

  1. Подробный отчет о результатах в Jupyter notebook.

2. Гипотеза относительно того, почему все пошло не так, как ожидалось (если это возможно)

Окончательный отчет будет представлен команде и стейкхолдерам проекта.

Работа с Jira

Хотя этот фреймворк может выглядеть великолепно в теории, в действительности вышеуказанные этапы редко бывают строго последовательными. Например, очень часто происходят качели от исследования данных к моделированию и обратно к исследованию данных. Кроме того, этот процесс не вписывается в существующий фреймворк Jira, так как же его реализовать на практике?

На самом деле это довольно просто. Мы используем доску Kanban в Jira и горизонтальные колонки (swimlanes, по одной на члена команды) с несколькими кастомными полями и изменениями. Приведенные ниже рекомендации определяют суть этого процесса:

  • Для каждого проекта создается новый эпик (Epic) тикет, а работа разделяется на задачи (Tasks).

  • Каждая задача помечается этапом (Phase) - кастомным полем в Jira для выбора одного из 6 этапов, перечисленных выше. (Обратите внимание, что на одном этапе может быть несколько задач.)

  • Задачи не могут длиться больше 1 недели (5 дней). Это заставляет членов команды разбивать свою работу на более мелкие (но все же довольно значительные) части, что позволяет отслеживать прогресс с минимальными накладными расходами.

  • Одновременно в работе может быть только один тикет. Это гарантирует то, что мы всегда видим статус проекта.

  • Этапы не всегда являются последовательными, и можно перемещаться между ними по мере формирования новых задач.

Заключение

Управление проектами машинного обучения и data science не должно быть сложным. Сначала я тратил порядка 30 минут в день на мониторинг этого процесса, но как только команда привыкла к нему, мое время сократилось до 15 минут в неделю! Я знаю, на каком этапе находится каждый проект в любой момент времени, сколько времени он занял, и я могу быстро выявить проблемы, чтобы при необходимости вмешаться и помочь своей команде. Мои data scientist’ы имеют четкую схему работы для построения модели, и они стали в этом намного эффективнее.

Я надеюсь, что все это окажется таким же полезным для Вас, как и для меня.

Перевод статьи подготовлен в преддверии старта курса "Промышленный ML на больших данных".

Приглашаем всех желающих посетить бесплатный демо-урок в рамках которого поговорим о том, почему в ML проектах крайне важна воспроизводимость результата и о способах ее добиться.