【原】機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)階必備-10 個(gè)高效 Python 工具包完全指南

ml_Py 2024-11-11 發(fā)布于河南

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1. 數(shù)據(jù)質(zhì)量管理——CleanLab

GitHub: https://github.com/cleanlab/cleanlab
功能: 自動(dòng)檢測(cè)和清理數(shù)據(jù)集中的問(wèn)題
特點(diǎn): 特別適合機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集的標(biāo)簽和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查
優(yōu)勢(shì): 自動(dòng)化程度高，可以節(jié)省大量手動(dòng)檢查數(shù)據(jù)的時(shí)間
安裝: pip install cleanlab
代碼示例：

from cleanlab.classification import CleanLearning
from sklearn.linear_model import LogisticRegression

# 初始化清洗器
cl = CleanLearning(clf=LogisticRegression())
# 訓(xùn)練并識(shí)別問(wèn)題數(shù)據(jù)
cl.fit(X_train, y_train)
# 查找標(biāo)簽問(wèn)題
issues = cl.find_label_issues()

# 高級(jí)用法
# 獲取置信度矩陣
confident_joint = cl.confident_joint
# 獲取噪聲標(biāo)簽的概率
label_quality_scores = cl.get_label_quality_scores()

2. 快速模型評(píng)估—— LazyPredict

PyPI: https:///project/lazypredict/
功能: 同時(shí)訓(xùn)練和評(píng)估多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型
特點(diǎn): 支持回歸和分類任務(wù)
優(yōu)勢(shì): 只需幾行代碼就能比較多個(gè)模型的性能
安裝: `pip install lazypredict
代碼示例：`

from lazypredict.Supervised import LazyRegressor, LazyClassifier

# 回歸任務(wù)
reg = LazyRegressor(verbose=0, ignore_warnings=True)
models_train, predictions_train = reg.fit(X_train, X_test, y_train, y_test)

# 分類任務(wù)
clf = LazyClassifier(verbose=0, ignore_warnings=True)
models_train, predictions_train = clf.fit(X_train, X_test, y_train, y_test)

# 查看模型性能比較
print(models_train)

3. 智能數(shù)據(jù)可視化——Lux

GitHub: https://github.com/lux-org/lux
功能: 快速數(shù)據(jù)可視化和分析
特點(diǎn): 提供簡(jiǎn)單高效的數(shù)據(jù)探索方式
優(yōu)勢(shì): 自動(dòng)推薦合適的可視化方式
安裝: pip install lux-api
代碼示例：

import lux
import pandas as pd

# 基礎(chǔ)使用
df = pd.read_csv("dataset.csv")
df.visualize() # 自動(dòng)生成可視化建議

# 高級(jí)用法
# 指定感興趣的變量
df.intent = ["column_A", "column_B"]
# 設(shè)置可視化偏好
df.set_intent_as_vis(["Correlation", "Distribution"])

4. 智能導(dǎo)入工具——PyForest

PyPI: https:///project/pyforest/
功能: 一鍵導(dǎo)入數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)的庫(kù)
特點(diǎn): 節(jié)省編寫導(dǎo)入語(yǔ)句的時(shí)間
優(yōu)勢(shì): 包含了常用的數(shù)據(jù)科學(xué)庫(kù)
安裝: pip install pyforest
代碼示例：

from pyforest import *

# 使用時(shí)自動(dòng)導(dǎo)入
df = pd.read_csv("data.csv")  # pandas自動(dòng)導(dǎo)入
plt.plot([1, 2, 3])  # matplotlib自動(dòng)導(dǎo)入

# 查看已導(dǎo)入的模塊
active_imports()

5. 交互式數(shù)據(jù)分析——PivotTableJS

PyPI: https:///project/pivottablejs/
官網(wǎng)：https://pivottable./examples/
功能: 在Jupyter Notebook中交互式分析數(shù)據(jù)
特點(diǎn): 無(wú)需編寫代碼即可進(jìn)行數(shù)據(jù)透視分析
優(yōu)勢(shì): 適合非技術(shù)人員使用
安裝: pip install pivottablejs
代碼示例：

from pivottablejs import pivot_ui

# 創(chuàng)建交互式數(shù)據(jù)透視表
pivot_ui(df)

# 自定義配置
pivot_ui(df, 
         rows=['category'], 
         cols=['year'],
         aggregatorName='Sum',
         vals=['value'])

6. 教學(xué)可視化工具——Drawdata

PyPI: https:///project/drawdata/
功能: 在Jupyter Notebook中繪制2D數(shù)據(jù)集
特點(diǎn): 可視化學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的行為
優(yōu)勢(shì): 特別適合教學(xué)和理解算法原理
安裝: pip install drawdata
代碼示例：

import drawdata
import pandas as pd

# 創(chuàng)建交互式繪圖界面
df = drawdata.get_data()

# 導(dǎo)出繪制的數(shù)據(jù)
df.to_csv('drawn_data.csv')

7. 代碼質(zhì)量工具——Black

PyPI: https:///project/black/
功能: Python代碼格式化工具
特點(diǎn): 統(tǒng)一的代碼格式規(guī)范
優(yōu)勢(shì): 提高代碼可讀性，被廣泛使用
安裝: pip install black
代碼示例：

# 命令行使用
# black your_script.py
# 或在Python中使用
import black

# 格式化代碼字符串
formatted_code = black.format_str(source_code, mode=black.FileMode())

# 格式化整個(gè)項(xiàng)目
# black .

# 檢查模式（不實(shí)際修改文件）
# black --check .

8. 低代碼機(jī)器學(xué)習(xí)——PyCaret

GitHub: https://github.com/pycaret/pycaret
官網(wǎng)：https://www./
功能: 低代碼機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)
特點(diǎn): 自動(dòng)化機(jī)器學(xué)習(xí)工作流程
優(yōu)勢(shì): 降低機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目的開發(fā)難度
安裝: pip install pycaret
代碼示例：

from pycaret.classification import *

# 設(shè)置實(shí)驗(yàn)
exp = setup(data, target='target_column')

# 比較所有模型
best_model = compare_models()

# 創(chuàng)建模型
model = create_model('rf')  # 隨機(jī)森林

# 調(diào)優(yōu)模型
tuned_model = tune_model(model)

# 預(yù)測(cè)
predictions = predict_model(best_model, data=test_data)

# 保存模型
save_model(model, 'model_name')

9. 深度學(xué)習(xí)框架——PyTorch-Lightning

文檔: https:///docs/pytorch/stable/
功能: PyTorch的高級(jí)封裝
特點(diǎn): 簡(jiǎn)化模型訓(xùn)練流程，減少樣板代碼
優(yōu)勢(shì): 讓研究人員更專注于創(chuàng)新而不是編寫基礎(chǔ)代碼
安裝: pip install pytorch-lightning
代碼示例：

import pytorch_lightning as pl
import torch.nn.functional as F

class MyModel(pl.LightningModule):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.layer = nn.Linear(28*28, 10)
        
    def training_step(self, batch, batch_idx):
        x, y = batch
        y_hat = self(x)
        loss = F.cross_entropy(y_hat, y)
        self.log('train_loss', loss)
        return loss
        
    def configure_optimizers(self):
        return torch.optim.Adam(self.parameters(), lr=0.001)

# 訓(xùn)練模型
trainer = pl.Trainer(max_epochs=10, gpus=1)
trainer.fit(model, train_loader, val_loader)

10. Web應(yīng)用開發(fā)——Streamlit

官網(wǎng): https://
功能: 創(chuàng)建數(shù)據(jù)科學(xué)web應(yīng)用
特點(diǎn): 簡(jiǎn)單易用的界面創(chuàng)建工具
優(yōu)勢(shì): 快速部署機(jī)器學(xué)習(xí)模型和數(shù)據(jù)可視化
安裝: pip install streamlit
代碼示例：

import streamlit as st
import pandas as pd
import plotly.express as px

st.title("數(shù)據(jù)分析儀表板")

# 側(cè)邊欄配置
with st.sidebar:
    st.header("配置")
    option = st.selectbox("選擇圖表類型", ["散點(diǎn)圖", "折線圖", "柱狀圖"])

# 文件上傳
uploaded_file = st.file_uploader("選擇CSV文件")
if uploaded_file:
    df = pd.read_csv(uploaded_file)
    st.dataframe(df)
    
    # 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
    st.write("數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)摘要")
    st.write(df.describe())
    
    # 創(chuàng)建可視化
    if option == "散點(diǎn)圖":
        fig = px.scatter(df, x='column1', y='column2')
    elif option == "折線圖":
        fig = px.line(df, x='column1', y='column2')
    else:
        fig = px.bar(df, x='column1', y='column2')
        
    st.plotly_chart(fig)
    
    # 下載處理后的數(shù)據(jù)
    st.download_button(
        label="下載處理后的數(shù)據(jù)",
        data=df.to_csv(index=False),
        file_name='processed_data.csv',
        mime='text/csv'
    )

使用建議

入門階段:

從PyCaret和Streamlit開始
使用LazyPredict快速了解不同模型效果
利用Lux進(jìn)行初步數(shù)據(jù)探索
通過(guò)Drawdata加深對(duì)算法的理解

進(jìn)階階段:

使用CleanLab提高數(shù)據(jù)質(zhì)量
用PyTorch-Lightning優(yōu)化深度學(xué)習(xí)工作流
探索Lux進(jìn)行高級(jí)數(shù)據(jù)可視化
使用Black維護(hù)代碼質(zhì)量
深入研究各工具的高級(jí)特性

團(tuán)隊(duì)協(xié)作:

使用Black保持代碼風(fēng)格一致
用Streamlit展示項(xiàng)目成果
采用PivotTableJS進(jìn)行團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)分析
使用PyForest簡(jiǎn)化環(huán)境管理
建立統(tǒng)一的代碼規(guī)范和工作流程

項(xiàng)目部署:

Streamlit用于快速部署原型
PyTorch-Lightning用于模型生產(chǎn)部署
PyCaret用于快速實(shí)驗(yàn)和模型選擇
注意性能優(yōu)化和擴(kuò)展性考慮

最佳實(shí)踐

工具組合

數(shù)據(jù)預(yù)處理：CleanLab + PyCaret
模型開發(fā)：PyTorch-Lightning + LazyPredict
可視化展示：Streamlit + Lux
代碼質(zhì)量：Black + PyForest

開發(fā)流程

數(shù)據(jù)探索階段：Lux + PivotTableJS
模型實(shí)驗(yàn)階段：LazyPredict + PyCaret
產(chǎn)品化階段：PyTorch-Lightning + Streamlit
維護(hù)階段：Black + 自動(dòng)化測(cè)試

技能提升

循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)各工具
關(guān)注工具更新和新特性
參與社區(qū)討論和貢獻(xiàn)

這些Python工具的組合使用不僅能提高個(gè)人工作效率，還能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和項(xiàng)目質(zhì)量。隨著數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，這些工具也在不斷進(jìn)化，建議持續(xù)關(guān)注它們的更新和新功能，以便更好地應(yīng)用到實(shí)際工作中。選擇合適的工具組合，建立高效的工作流程，將極大地提升數(shù)據(jù)科學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)效率和質(zhì)量。

參考：https:///akshay_pachaar/status/1855230462932942871