spark ML pipeline 学习

一。pipeline

　　一个典型的机器学习过程从数据收集开始，要经历多个步骤，才能得到需要的输出。这非常类似于流水线式工作，即通常会包含源数据ETL（抽取、转化、加载），数据预处理，指标提取，模型训练与交叉验证，新数据预测等步骤。

　　在介绍工作流之前，我们先来了解几个重要概念：

DataFrame：使用Spark SQL中的DataFrame作为数据集，它可以容纳各种数据类型。较之 RDD，包含了 schema 信息，更类似传统数据库中的二维表格。它被 ML Pipeline 用来存储源数据。例如，DataFrame中的列可以是存储的文本，特征向量，真实标签和预测的标签等。
Transformer：翻译成转换器，是一种可以将一个DataFrame转换为另一个DataFrame的算法。比如一个模型就是一个 Transformer。它可以把一个不包含预测标签的测试数据集 DataFrame 打上标签，转化成另一个包含预测标签的 DataFrame。技术上，Transformer实现了一个方法transform（），它通过附加一个或多个列将一个DataFrame转换为另一个DataFrame。
Estimator：翻译成估计器或评估器，它是学习算法或在训练数据上的训练方法的概念抽象。在 Pipeline 里通常是被用来操作 DataFrame 数据并生产一个 Transformer。从技术上讲，Estimator实现了一个方法fit（），它接受一个DataFrame并产生一个转换器。如一个随机森林算法就是一个 Estimator，它可以调用fit（），通过训练特征数据而得到一个随机森林模型。
Parameter：Parameter 被用来设置 Transformer 或者 Estimator 的参数。现在，所有转换器和估计器可共享用于指定参数的公共API。ParamMap是一组（参数，值）对。
PipeLine：翻译为工作流或者管道。工作流将多个工作流阶段（转换器和估计器）连接在一起，形成机器学习的工作流，并获得结果输出。
工作流如何工作

二。构建 ml pipeline

Spark2.0起，SQLContext、HiveContext已经不再推荐使用，改以SparkSession代之，故本文中不再使用SQLContext来进行相关的操作，关于SparkSession的具体详情，这里不再赘述，可以参看Spark2.0的官方文档

Spark2.0以上版本的pyspark创建一个名为spark的SparkSession对象，当需要手工创建时，SparkSession可以由其伴生对象的builder()方法创建出来

from pyspark.ml import Pipeline
from pyspark.ml.classification import LogisticRegression
from pyspark.ml.feature import HashingTF, Tokenizer
 
# Prepare training documents from a list of (id, text, label) tuples.
training = spark.createDataFrame([
    (0, "a b c d e spark", 1.0),
    (1, "b d", 0.0),
    (2, "spark f g h", 1.0),
    (3, "hadoop mapreduce", 0.0)
], ["id", "text", "label"])

tokenizer = Tokenizer(inputCol="text", outputCol="words")
hashingTF = HashingTF(inputCol=tokenizer.getOutputCol(), outputCol="features")
lr = LogisticRegression(maxIter=10, regParam=0.001)

pipeline = Pipeline(stages=[tokenizer, hashingTF, lr])

model = pipeline.fit(training)

test = spark.createDataFrame([
    (4, "spark i j k"),
    (5, "l m n"),
    (6, "spark hadoop spark"),
    (7, "apache hadoop")
], ["id", "text"])

prediction = model.transform(test)
selected = prediction.select("id", "text", "probability", "prediction")
for row in selected.collect():
    rid, text, prob, prediction = row
    print("(%d, %s) --> prob=%s, prediction=%f" % (rid, text, str(prob), prediction))
 

//输出
(4, spark i j k) --> prob=[0.155543713844,0.844456286156], prediction=1.000000
(5, l m n) --> prob=[0.830707735211,0.169292264789], prediction=0.000000
(6, spark hadoop spark) --> prob=[0.0696218406195,0.93037815938], prediction=1.000000
(7, apache hadoop) --> prob=[0.981518350351,0.018481649649], prediction=0.000000

通过上述结果，我们可以看到，第4句和第6句中都包含”spark”，其中第六句的预测是1，与我们希望的相符；而第4句虽然预测的依然是0，但是通过概率我们可以看到，第4句有46%的概率预测是1，而第5句、第7句分别只有7%和2%的概率预测为1，这是由于训练数据集较少，如果有更多的测试数据进行学习，预测的准确率将会有显著提升。