Alink漫谈(十九) :源码解析 之 分位点离散化Quantile
0x00 摘要
Alink 是阿里巴巴基于实时计算引擎 Flink 研发的新一代机器学习算法平台,是业界首个同时支持批式算法、流式算法的机器学习平台。本文将带领大家来分析Alink中 Quantile 的实现。
因为Alink的公开资料太少,所以以下均为自行揣测,肯定会有疏漏错误,希望大家指出,我会随时更新。
本文缘由是因为想分析GBDT,发现GBDT涉及到Quantile的使用,所以只能先分析Quantile 。
0x01 背景概念
1.1 离散化
离散化:就是把无限空间中有限的个体映射到有限的空间中(分箱处理)。数据离散化操作大多是针对连续数据进行的,处理之后的数据值域分布将从连续属性变为离散属性。
离散化方式会影响后续数据建模和应用效果:
- 使用决策树往往倾向于少量的离散化区间,过多的离散化将使得规则过多受到碎片区间的影响。
- 关联规则需要对所有特征一起离散化,关联规则关注的是所有特征的关联关系,如果对每个列单独离散化将失去整体规则性。
连续数据的离散化结果可以分为两类:
- 一类是将连续数据划分为特定区间的集合,例如{(0,10],(10,20],(20,50],(50,100]};
- 一类是将连续数据划分为特定类,例如类1、类2、类3;
1.2 分位数
分位数(Quantile),亦称分位点,是指将一个随机变量的概率分布范围分为几个等份的数值点,常用的有中位数(即二分位数)、四分位数、百分位数等。
假如有1000个数字(正数),这些数字的5%,30%,50%,70%,99%分位数分别是 [3.0,5.0,6.0,9.0,12.0],这表明
- 有5%的数字分布在0-3.0之间
- 有25%的数字分布在3.0-5.0之间
- 有20%的数字分布在5.0-6.0之间
- 有20%的数字分布在6.0-9.0之间
- 有29%的数字分布在9.0-12.0之间
- 有1%的数字大于12.0
这就是分位数的统计学理解。
因此求解某一组数字中某个数的分位数,只需要将该组数字进行排序,然后再统计小于等于该数的个数,除以总的数字个数即可。
确定p分位数位置的两种方法
- position = (n+1)p
- position = 1 + (n-1)p
1.3 四分位数
这里我们用四分位数做进一步说明。
四分位数 概念:把给定的乱序数值由小到大排列并分成四等份,处于三个分割点位置的数值就是四分位数。
第1四分位数 (Q1),又称“较小四分位数”,等于该样本中所有数值由小到大排列后第25%的数字。
第2四分位数 (Q2),又称“中位数”,等于该样本中所有数值由小到大排列后第50%的数字。
第3四分位数 (Q3),又称“较大四分位数”,等于该样本中所有数值由小到大排列后第75%的数字。
四分位距(InterQuartile Range,IQR)= 第3四分位数与第1四分位数的差距。
0x02 示例代码
Alink中完成分位数功能的是QuantileDiscretizer
。QuantileDiscretizer
输入连续的特征列,输出分箱的类别特征。
- 分位点离散可以计算选定列的分位点,然后使用这些分位点进行离散化。生成选中列对应的q-quantile,其中可以所有列指定一个,也可以每一列对应一个。
- 分箱数(所需离散的数目,即分为几段)是通过参数
numBuckets
(桶数目)来指定的。 箱的范围是通过使用近似算法来得到的。
本文示例代码如下。
public class QuantileDiscretizerExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
NumSeqSourceBatchOp numSeqSourceBatchOp = new NumSeqSourceBatchOp(1001,2000,"col0"); // 就是把1001 ~ 2000 这个连续数值分段
Pipeline pipeline = new Pipeline()
.add(new QuantileDiscretizer()
.setNumBuckets(6) // 指定分箱数数目
.setSelectedCols(new String[]{"col0"}));
List<Row> result = pipeline.fit(numSeqSourceBatchOp).transform(numSeqSourceBatchOp).collect();
System.out.println(result);
}
}
[0,1,2,3,4,5,.....
0,1
.....
5,5]
0x03 总体逻辑
我们首先给出总体逻辑图例
-------------------------------- 准备阶段 --------------------------------
│
│
│
┌───────────────────┐
│ getSelectedCols │ 获取需要分位的列名字
└───────────────────┘
│
│
│
┌─────────────────────┐
│ quantileNum │ 获取分箱数
└─────────────────────┘
│
│
│
┌──────────────────────┐
│ Preprocessing.select │ 从输入中根据列名字select出数据
└──────────────────────┘
│
│
│
-------------------------------- 预处理阶段 --------------------------------
│
│
│
┌──────────────────────┐
│ quantile │ 后续步骤 就是 计算分位数
└──────────────────────┘
│
│
│
┌────────────────────────────────┐
│ countElementsPerPartition │ 在每一个partition中获取该分区的所有元素个数
└────────────────────────────────┘
│ <task id,count in this task>
│
│
┌──────────────────────┐
│ sum(1) │ 这里对第二个参数,即"count in this task"进行累积,得出所有元素的个数
└──────────────────────┘
│
│
│
┌──────────────────────┐
│ map │ 取出所有元素个数,cnt在后续会使用
└──────────────────────┘
│
│
│
│
┌──────────────────────┐
│ missingCount │ 分区查找应选的列中,有哪些数据没有被查到,比如zeroAsMissing,null,isNaN
└──────────────────────┘
│
│
│
┌────────────────┐
│ mapPartition │ 把输入数据Row打散,对于Row中的子元素按照Row内顺序一一发送出来
└────────────────┘
│ <idx in row,item in row>,即<row中第几个元素,元素>
│
│
┌──────────────┐
│ pSort │ 将flatten数据进行排序
└──────────────┘
│ 返回的是二元组
│ f0: dataset which is indexed by partition id
│ f1: dataset which has partition id and count
│
│
-------------------------------- 计算阶段 --------------------------------
│
│
│
┌─────────────────┐
│ MultiQuantile │ 后续都是具体计算步骤
└─────────────────┘
│
│
│
┌─────────────────┐
│ open │ 从广播中获取变量,初步处理counts(排序),totalCnt,missingCounts(排序)
└─────────────────┘
│
│
│
┌─────────────────┐
│ mapPartition │ 具体计算
└─────────────────┘
│
│
│
┌─────────────────┐
│ groupBy(0) │ 依据 列idx 分组
└─────────────────┘
│
│
│
┌─────────────────┐
│ reduceGroup │ 归并排序
└─────────────────┘
│set(Tuple2<column idx,真实数据值>)
│
│
-------------------------------- 序列化模型 --------------------------------
│
│
│
┌──────────────┐
│ reduceGroup │ 分组归并
└──────────────┘
│
│
│
┌─────────────────┐
│ SerializeModel │ 序列化模型
└─────────────────┘
下面图片是为了在手机上缩放适配展示。
QuantileDiscretizerTrainBatchOp.linkFrom如下:
public QuantileDiscretizerTrainBatchOp linkFrom(BatchOperator<?>... inputs) {
BatchOperator<?> in = checkAndGetFirst(inputs);
// 示例中设置了 .setSelectedCols(new String[]{"col0"}));, 所以这里 quantileColNames 的数值是"col0
String[] quantileColNames = getSelectedCols();
int[] quantileNum = null;
// 示例中设置了 .setNumBuckets(6),所以这里 quantileNum 是 quantileNum = {int[1]@2705} 0 = 6
if (getParams().contains(QuantileDiscretizerTrainParams.NUM_BUCKETS)) {
quantileNum = new int[quantileColNames.length];
Arrays.fill(quantileNum,getNumBuckets());
} else {
quantileNum = Arrays.stream(getNumBucketsArray()).mapToInt(Integer::intValue).toArray();
}
/* filter the selected column from input */
// 获取了 选择的列 "col0"
DataSet<Row> input = Preprocessing.select(in,quantileColNames).getDataSet();
// 计算分位数
DataSet<Row> quantile = quantile(
input,quantileNum,getParams().get(HasRoundMode.ROUND_MODE),getParams().get(Preprocessing.ZERO_AS_MISSING)
);
// 序列化模型
quantile = quantile.reduceGroup(
new SerializeModel(
getParams(),quantileColNames,TableUtil.findColTypesWithAssertAndHint(in.getSchema(),quantileColNames),BinTypes.BinDivideType.QUANTILE
)
);
/* set output */
setOutput(quantile,new QuantileDiscretizerModelDataConverter().getModelSchema());
return this;
}
其总体逻辑如下:
- 获取需要分位的列名字
- 获取分箱数
- 从输入中根据列名字select出数据
- 调用 quantile 计算分位数
- 调用 countElementsPerPartition 在每一个partition中获取该分区的所有元素个数,返回<task id,count in this task>,然后 对于元素个数进行累积 sum(1) ,即"count in this task"进行累积,得出所有元素的个数 cnt;
- 分区查找应选的列中,有哪些数据没有被查到,从代码看,是zeroAsMissing,isNaN这几种情况,然后依据 partition id 进行分组 groupBy(0) 累积求和,得到 missingCount;
- 把输入数据Row打散,对于Row中的子元素按照Row内顺序一一发送出来,这就做到了把Row类型给flatten了, 返回flatten = <idx in row,即<row中第几个元素,元素>;
- 将flatten数据进行排序,pSort是大规模分区排序,此时还没有分类。pSort返回的是二元组sortedData,f0: dataset which is indexed by partition id,f1: dataset which has partition id and count;
- 调用 MultiQuantile ,对 sortedData.f0(f0: dataset which is indexed by partition id) 进行计算分位数;具体是分区计算 mapPartition:
- 累积,得到当前 task 的起始位置,即 n 个输入数据中从哪个数据开始计算;
- 根据 taskId 从 counts 中得到了本 task 应该处理哪些数据,即数据的start,end位置;
- 把数据插入 allRows.add(value); value 可认为是 <partition id,真实数据>;
- 调用 QIndex 计算分位数元数据;quantileNum是分成几段,q1就是每一段的大小。如果分成6段,则每一段的大小是1/6;
- 遍历一直到分箱数,每次循环 调用 qIndex.genIndex(j) 获取每个分箱的index。然后依据这个分箱的index从输入数据中获取真实数据值,这个 真实数据值 就是 真实数据的index。比如连续区域是 1001 ~ 2000,分成 6 份,则第一份调用 qIndex.genIndex(j) 得到 167,则根据167,获取真实数据是 1001 + 167 = 1168,即在 1001 ~ 2000 中,第一个分位index 是 1168.
- 依据 列idx 分组,得到 set(Tuple2<column idx,真实数据值>);
- 序列化模型
0x04 训练
4.1 quantile
训练是通过 quantile 完成的,大致包含以下步骤。
- 调用 countElementsPerPartition 在每一个partition中获取该分区的所有元素个数,返回<task id,isNaN这几种情况,然后依据 partition id 进行分组 groupBy(0) 累积求和,得到 missingCount;
- 把输入数据Row打散,对于Row中的子元素按照Row内顺序一一发送出来,这就做到了把Row类型给flatten了,返回flatten = <idx in row,f1: dataset which has partition id and count;
- 调用 MultiQuantile ,对 sortedData.f0(f0: dataset which is indexed by partition id) 进行计算分位数。
具体如下
public static DataSet<Row> quantile(
DataSet<Row> input,final int[] quantileNum,final HasRoundMode.RoundMode roundMode,final boolean zeroAsMissing) {
/* instance count of dataset */
// countElementsPerPartition 的作用是:在每一个partition中获取该分区的所有元素个数,返回<task id,count in this task>。
DataSet<Long> cnt = DataSetUtils
.countElementsPerPartition(input)
.sum(1) // 这里对第二个参数,即"count in this task"进行累积,得出所有元素的个数。
.map(new MapFunction<Tuple2<Integer,Long>,Long>() {
@Override
public Long map(Tuple2<Integer,Long> value) throws Exception {
return value.f1; // 取出所有元素个数
}
}); // cnt在后续会使用
/* missing count of columns */
// 会查找应选的列中,有哪些数据没有被查到,从代码看,是zeroAsMissing,isNaN这几种情况
DataSet<Tuple2<Integer,Long>> missingCount = input
.mapPartition(new RichMapPartitionFunction<Row,Tuple2<Integer,Long>>() {
public void mapPartition(Iterable<Row> values,Collector<Tuple2<Integer,Long>> out) {
StreamSupport.stream(values.spliterator(),false)
.flatMap(x -> {
long[] counts = new long[x.getArity()];
Arrays.fill(counts,0L);
// 如果发现有数据没有查到,就增加counts
for (int i = 0; i < x.getArity(); ++i) {
if (x.getField(i) == null
|| (zeroAsMissing && ((Number) x.getField(i)).doubleValue() == 0.0)
|| Double.isNaN(((Number)x.getField(i)).doubleValue())) {
counts[i]++;
}
}
return IntStream.range(0,x.getArity())
.mapToObj(y -> Tuple2.of(y,counts[y]));
})
.collect(Collectors.groupingBy(
x -> x.f0,Collectors.mapping(x -> x.f1,Collectors.reducing((a,b) -> a + b))
)
)
.entrySet()
.stream()
.map(x -> Tuple2.of(x.getKey(),x.getValue().get()))
.forEach(out::collect);
}
})
.groupBy(0) //按第一个元素分组
.reduce(new RichReduceFunction<Tuple2<Integer,Long>>() {
@Override
public Tuple2<Integer,Long> reduce(Tuple2<Integer,Long> value1,Long> value2) {
return Tuple2.of(value1.f0,value1.f1 + value2.f1); //累积求和
}
});
/* flatten dataset to 1d */
// 把输入数据打散。
DataSet<PairComparable> flatten = input
.mapPartition(new RichMapPartitionFunction<Row,PairComparable>() {
PairComparable pairBuff;
public void mapPartition(Iterable<Row> values,Collector<PairComparable> out) {
for (Row value : values) { // 遍历分区内所有输入元素
for (int i = 0; i < value.getArity(); ++i) { // 如果输入元素Row本身包含多个子元素
pairBuff.first = i; // 则对于这些子元素按照Row内顺序一一发送出来,这就做到了把Row类型给flatten了
if (value.getField(i) == null
|| (zeroAsMissing && ((Number) value.getField(i)).doubleValue() == 0.0)
|| Double.isNaN(((Number)value.getField(i)).doubleValue())) {
pairBuff.second = null;
} else {
pairBuff.second = (Number) value.getField(i);
}
out.collect(pairBuff); // 返回<idx in row,即<row中第几个元素,元素>
}
}
}
});
/* sort data */
// 将flatten数据进行排序,pSort是大规模分区排序,此时还没有分类
// pSort返回的是二元组,f0: dataset which is indexed by partition id,f1: dataset which has partition id and count.
Tuple2<DataSet<PairComparable>,DataSet<Tuple2<Integer,Long>>> sortedData
= SortUtilsNext.pSort(flatten);
/* calculate quantile */
return sortedData.f0 //f0: dataset which is indexed by partition id
.mapPartition(new MultiQuantile(quantileNum,roundMode))
.withBroadcastSet(sortedData.f1,"counts") //f1: dataset which has partition id and count
.withBroadcastSet(cnt,"totalCnt")
.withBroadcastSet(missingCount,"missingCounts")
.groupBy(0) // 依据 列idx 分组
.reduceGroup(new RichGroupReduceFunction<Tuple2<Integer,Number>,Row>() {
@Override
public void reduce(Iterable<Tuple2<Integer,Number>> values,Collector<Row> out) {
TreeSet<Number> set = new TreeSet<>(new Comparator<Number>() {
@Override
public int compare(Number o1,Number o2) {
return SortUtils.OBJECT_COMPARATOR.compare(o1,o2);
}
});
int id = -1;
for (Tuple2<Integer,Number> val : values) {
// Tuple2<column idx,数据>
id = val.f0;
set.add(val.f1);
}
// runtime变量
set = {TreeSet@9379} size = 5
0 = {Long@9389} 167 // 就是第 0 列的第一段 idx
1 = {Long@9392} 333 // 就是第 0 列的第二段 idx
2 = {Long@9393} 500
3 = {Long@9394} 667
4 = {Long@9382} 833
out.collect(Row.of(id,set.toArray(new Number[0])));
}
});
}
下面会对几个重点函数做说明。
4.2 countElementsPerPartition
countElementsPerPartition 的作用是:在每一个partition中获取该分区的所有元素个数。
public static <T> DataSet<Tuple2<Integer,Long>> countElementsPerPartition(DataSet<T> input) {
return input.mapPartition(new RichMapPartitionFunction<T,Long>>() {
@Override
public void mapPartition(Iterable<T> values,Long>> out) throws Exception {
long counter = 0;
for (T value : values) {
counter++; // 在每一个partition中获取该分区的所有元素个数
}
out.collect(new Tuple2<>(getRuntimeContext().getIndexOfThisSubtask(),counter));
}
});
}
4.3 MultiQuantile
MultiQuantile用来计算具体的分位点。
open函数中会从广播中获取变量,初步处理counts(排序),totalCnt,missingCounts(排序)等等。
mapPartition函数则做具体计算,大致步骤如下:
- 累积,得到当前 task 的起始位置,即 n 个输入数据中从哪个数据开始计算;
- 根据 taskId 从 counts 中得到了本 task 应该处理哪些数据,即数据的start,end位置;
- 把数据插入 allRows.add(value); value 可认为是 <partition id,真实数据>;
- 调用 QIndex 计算分位数元数据;quantileNum是分成几段,q1就是每一段的大小。如果分成6段,则每一段的大小是1/6;
- 遍历一直到分箱数,每次循环 调用 qIndex.genIndex(j) 获取每个分箱的index。然后依据这个分箱的index从输入数据中获取真实数据值,这个 真实数据值 就是 真实数据的index。比如连续区域是 1001 ~ 2000,分成 6 份,则第一份调用 qIndex.genIndex(j) 得到 167,则根据167,获取真实数据是 1001 + 167 = 1168,即在 1001 ~ 2000 中,第一个分位index 是 1168;
具体代码是:
public static class MultiQuantile
extends RichMapPartitionFunction<PairComparable,Number>> {
private List<Tuple2<Integer,Long>> counts;
private List<Tuple2<Integer,Long>> missingCounts;
private long totalCnt = 0;
private int[] quantileNum;
private HasRoundMode.RoundMode roundType;
private int taskId;
@Override
public void open(Configuration parameters) throws Exception {
// 从广播中获取变量,初步处理counts(排序),totalCnt,missingCounts(排序)。
// 之前设置广播变量.withBroadcastSet(sortedData.f1,"counts"),其中 f1 的格式是: dataset which has partition id and count,所以就是用 partition id来排序
this.counts = getRuntimeContext().getBroadcastVariableWithInitializer(
"counts",new BroadcastVariableInitializer<Tuple2<Integer,List<Tuple2<Integer,Long>>>() {
@Override
public List<Tuple2<Integer,Long>> initializeBroadcastVariable(
Iterable<Tuple2<Integer,Long>> data) {
ArrayList<Tuple2<Integer,Long>> sortedData = new ArrayList<>();
for (Tuple2<Integer,Long> datum : data) {
sortedData.add(datum);
}
//排序
sortedData.sort(Comparator.comparing(o -> o.f0));
// runtime的数据如下,本机有4核,所以数据分为4个 partition,每个partition的数据分别为251,250,250,250
sortedData = {ArrayList@9347} size = 4
0 = {Tuple2@9350} "(0,251)" // partition 0,数据个数是251
1 = {Tuple2@9351} "(1,250)"
2 = {Tuple2@9352} "(2,250)"
3 = {Tuple2@9353} "(3,250)"
return sortedData;
}
});
this.totalCnt = getRuntimeContext().getBroadcastVariableWithInitializer("totalCnt",new BroadcastVariableInitializer<Long,Long>() {
@Override
public Long initializeBroadcastVariable(Iterable<Long> data) {
return data.iterator().next();
}
});
this.missingCounts = getRuntimeContext().getBroadcastVariableWithInitializer(
"missingCounts",Long>> data) {
return StreamSupport.stream(data.spliterator(),false)
.sorted(Comparator.comparing(o -> o.f0))
.collect(Collectors.toList());
}
}
);
taskId = getRuntimeContext().getIndexOfThisSubtask();
// runtime的数据如下
this = {QuantileDiscretizerTrainBatchOp$MultiQuantile@9348}
counts = {ArrayList@9347} size = 4
0 = {Tuple2@9350} "(0,251)"
1 = {Tuple2@9351} "(1,250)"
2 = {Tuple2@9352} "(2,250)"
3 = {Tuple2@9353} "(3,250)"
missingCounts = {ArrayList@9375} size = 1
0 = {Tuple2@9381} "(0,0)"
totalCnt = 1001
quantileNum = {int[1]@9376}
0 = 6
roundType = {HasRoundMode$RoundMode@9377} "ROUND"
taskId = 2
}
@Override
public void mapPartition(Iterable<PairComparable> values,Number>> out) throws Exception {
long start = 0;
long end;
int curListIndex = -1;
int size = counts.size(); // 分成4份,所以这里是4
for (int i = 0; i < size; ++i) {
int curId = counts.get(i).f0; // 取出输入元素中的 partition id
if (curId == taskId) {
curListIndex = i; // 当前 task 对应哪个 partition id
break; // 到了当前task,就可以跳出了
}
start += counts.get(i).f1; // 累积,得到当前 task 的起始位置,即1000个数据中从哪个数据开始计算
}
// 根据 taskId 从counts中得到了本 task 应该处理哪些数据,即数据的start,end位置
// 本 partition 是 0,其中有251个数据
end = start + counts.get(curListIndex).f1; // end = 起始位置 + 此partition的数据个数
ArrayList<PairComparable> allRows = new ArrayList<>((int) (end - start));
for (PairComparable value : values) {
allRows.add(value); // value 可认为是 <partition id,真实数据>
}
allRows.sort(Comparator.naturalOrder());
// runtime变量
start = 0
curListIndex = 0
size = 4
end = 251
allRows = {ArrayList@9406} size = 251
0 = {PairComparable@9408}
first = {Integer@9397} 0
second = {Long@9434} 0
1 = {PairComparable@9409}
first = {Integer@9397} 0
second = {Long@9435} 1
2 = {PairComparable@9410}
first = {Integer@9397} 0
second = {Long@9439} 2
......
// size = ((251 - 1) / 1001 - 0 / 1001) + 1 = 1
size = (int) ((end - 1) / totalCnt - start / totalCnt) + 1;
int localStart = 0;
for (int i = 0; i < size; ++i) {
int fIdx = (int) (start / totalCnt + i);
int subStart = 0;
int subEnd = (int) totalCnt;
if (i == 0) {
subStart = (int) (start % totalCnt); // 0
}
if (i == size - 1) {
subEnd = (int) (end % totalCnt == 0 ? totalCnt : end % totalCnt); // 251
}
if (totalCnt - missingCounts.get(fIdx).f1 == 0) {
localStart += subEnd - subStart;
continue;
}
QIndex qIndex = new QIndex(
totalCnt - missingCounts.get(fIdx).f1,quantileNum[fIdx],roundType);
// runtime变量
qIndex = {QuantileDiscretizerTrainBatchOp$QIndex@9548}
totalCount = 1001.0
q1 = 0.16666666666666666
roundMode = {HasRoundMode$RoundMode@9377} "ROUND"
// 遍历,一直到分箱数。
for (int j = 1; j < quantileNum[fIdx]; ++j) {
// 获取每个分箱的index
long index = qIndex.genIndex(j); // j = 1 ---> index = 167,就是把 1001 个分为6段,第一段终点是167
//对应本 task = 0,subStart = 0,subEnd = 251。则index = 167,直接从allRows获取第167个,数值是 1168。因为连续区域是 1001 ~ 2000,所以第167个对应数值就是1168
//如果本 task = 1,subStart = 251,subEnd = 501。则index = 333,直接从allRows获取第 (333 + 0 - 251)= 第 82 个,获取其中的数值。这里因为数值区域是 1001 ~ 2000,所以数值是1334。
if (index >= subStart && index < subEnd) { // idx刚刚好在本分区的数据中
PairComparable pairComparable = allRows.get(
(int) (index + localStart - subStart)); //
// runtime变量
pairComparable = {PairComparable@9581}
first = {Integer@9507} 0 // first是column idx
second = {Long@9584} 167 // 真实数据
out.collect(Tuple2.of(pairComparable.first,pairComparable.second));
}
}
localStart += subEnd - subStart;
}
}
}
4.4 QIndex
其中 QIndex 是本文关键所在,就是具体计算分位数。
public static class QIndex {
private double totalCount;
private double q1;
private HasRoundMode.RoundMode roundMode;
public QIndex(double totalCount,int quantileNum,HasRoundMode.RoundMode type) {
this.totalCount = totalCount; // 1001,所有元素的个数
this.q1 = 1.0 / (double) quantileNum; // 1.0 / 6 = 16666666666666666。quantileNum是分成几段,q1就是每一段的大小。如果分成6段,则每一段的大小是1/6
this.roundMode = type;
}
public long genIndex(int k) {
// 假设还是6段,则如果取第一段,则k=1,其index为 (1/6 * (1001 - 1) * 1) = 167
return roundMode.calc(this.q1 * (this.totalCount - 1.0) * (double) k);
}
}
0x05 输出模型
输出模型是通过 reduceGroup 调用 SerializeModel 来完成。
具体逻辑是:
- 先构建分箱点元数据信息;
- 然后序列化成模型;
// 序列化模型
quantile = quantile.reduceGroup(
new SerializeModel(
getParams(),BinTypes.BinDivideType.QUANTILE
)
);
SerializeModel 的具体实现是:
public static class SerializeModel implements GroupReduceFunction<Row,Row> {
private Params Meta;
private String[] colNames;
private TypeInformation<?>[] colTypes;
private BinTypes.BinDivideType binDivideType;
@Override
public void reduce(Iterable<Row> values,Collector<Row> out) throws Exception {
Map<String,FeatureBorder> m = new HashMap<>();
for (Row val : values) {
int index = (int) val.getField(0);
Number[] splits = (Number[]) val.getField(1);
m.put(
colNames[index],QuantileDiscretizerModelDataConverter.arraySplit2FeatureBorder(
colNames[index],colTypes[index],splits,Meta.get(QuantileDiscretizerTrainParams.LEFT_OPEN),binDivideType
)
);
}
for (int i = 0; i < colNames.length; ++i) {
if (m.containsKey(colNames[i])) {
continue;
}
m.put(
colNames[i],QuantileDiscretizerModelDataConverter.arraySplit2FeatureBorder(
colNames[i],colTypes[i],binDivideType
)
);
}
QuantileDiscretizerModelDataConverter model = new QuantileDiscretizerModelDataConverter(m,Meta);
model.save(model,out);
}
}
这里用到了 FeatureBorder 类。
数据分箱是按照某种规则将数据进行分类。就像可以将水果按照大小进行分类,售卖不同的价格一样。
FeatureBorder 就是专门为了 Featureborder for binning,discrete Featureborder and continuous Featureborder。
我们能够看出来,该分箱对应的列名,index,各个分割点。
m = {HashMap@9380} size = 1
"col0" -> {FeatureBorder@9438} "{"binDivideType":"QUANTILE","featureName":"col0","bin":{"NORM":[{"index":0},{"index":1},{"index":2},{"index":3},{"index":4},{"index":5}],"NULL":{"index":6}},"featureType":"BIGINT","splitsArray":[1168,1334,1501,1667,1834],"isLeftOpen":true,"binCount":6}"
0x06 预测
预测是在 QuantileDiscretizerModelMapper 中完成的。
6.1 加载模型
模型数据是
model = {QuantileDiscretizerModelDataConverter@9582}
Meta = {Params@9670} "Params {selectedCols=["col0"],version="v2",numBuckets=6}"
data = {HashMap@9584} size = 1
"col0" -> {FeatureBorder@9676} "{"binDivideType":"QUANTILE","binCount":6}"
loadModel会完成加载。
@Override
public void loadModel(List<Row> modelRows) {
QuantileDiscretizerModelDataConverter model = new QuantileDiscretizerModelDataConverter();
model.load(modelRows);
for (int i = 0; i < mapperBuilder.paramsBuilder.selectedCols.length; i++) {
FeatureBorder border = model.data.get(mapperBuilder.paramsBuilder.selectedCols[i]);
List<Bin.BaseBin> norm = border.bin.normBins;
int size = norm.size();
Long maxIndex = norm.get(0).getIndex();
Long lastIndex = norm.get(size - 1).getIndex();
for (int j = 0; j < norm.size(); ++j) {
if (maxIndex < norm.get(j).getIndex()) {
maxIndex = norm.get(j).getIndex();
}
}
long maxIndexWithNull = Math.max(maxIndex,border.bin.nullBin.getIndex());
switch (mapperBuilder.paramsBuilder.handleInvalidStrategy) {
case KEEP:
mapperBuilder.vectorSize.put(i,maxIndexWithNull + 1);
break;
case SKIP:
case ERROR:
mapperBuilder.vectorSize.put(i,maxIndex + 1);
break;
default:
throw new UnsupportedOperationException("Unsupported now.");
}
if (mapperBuilder.paramsBuilder.dropLast) {
mapperBuilder.dropIndex.put(i,lastIndex);
}
mapperBuilder.discretizers[i] = createQuantileDiscretizer(border,model.Meta);
}
mapperBuilder.setAssembledVectorSize();
}
加载中,最后调用 createQuantileDiscretizer 生成 LongQuantileDiscretizer。这就是针对Long类型的离散器。
public static class LongQuantileDiscretizer implements NumericQuantileDiscretizer {
long[] bounds;
boolean isLeftOpen;
int[] boundIndex;
int nullIndex;
boolean zeroAsMissing;
@Override
public int findIndex(Object number) {
if (number == null) {
return nullIndex;
}
long lVal = ((Number) number).longValue();
if (isMissing(lVal,zeroAsMissing)) {
return nullIndex;
}
int hit = Arrays.binarySearch(bounds,lVal);
if (isLeftOpen) {
hit = hit >= 0 ? hit - 1 : -hit - 2;
} else {
hit = hit >= 0 ? hit : -hit - 2;
}
return boundIndex[hit];
}
}
其数值如下:
this = {QuantileDiscretizerModelMapper$LongQuantileDiscretizer@9768}
bounds = {long[7]@9757}
0 = -9223372036854775807
1 = 1168
2 = 1334
3 = 1501
4 = 1667
5 = 1834
6 = 9223372036854775807
isLeftOpen = true
boundIndex = {int[7]@9743}
0 = 0 // -9223372036854775807 ~ 1168 之间对应的最终分箱离散值是 0
1 = 1
2 = 2
3 = 3
4 = 4
5 = 5
6 = 5 // 1834 ~ 9223372036854775807 之间对应的最终分箱离散值是 5
nullIndex = 6
zeroAsMissing = false
6.2 预测
预测 QuantileDiscretizerModelMapper 的 DiscretizerMapperBuilder 完成。
Row map(Row row){
// 这里的 row 举例是: row = {Row@9743} "1003"
for (int i = 0; i < paramsBuilder.selectedCols.length; i++) {
int colIdxInData = selectedColIndicesInData[i];
Object val = row.getField(colIdxInData);
int foundIndex = discretizers[i].findIndex(val); // 找到 1003对应的index,就是调用Discretizer完成,这里找到 foundIndex 是0
predictIndices[i] = (long) foundIndex;
}
return paramsBuilder.outputColsHelper.getResultRow(
row,setResultRow(
predictIndices,paramsBuilder.encode,dropIndex,vectorSize,paramsBuilder.dropLast,assembledVectorSize) // 最后返回离散值是0
);
}
this = {QuantileDiscretizerModelMapper$DiscretizerMapperBuilder@9744}
paramsBuilder = {QuantileDiscretizerModelMapper$DiscretizerParamsBuilder@9752}
selectedColIndicesInData = {int[1]@9754}
vectorSize = {HashMap@9758} size = 1
dropIndex = {HashMap@9759} size = 1
assembledVectorSize = {Integer@9760} 6
discretizers = {QuantileDiscretizerModelMapper$NumericQuantileDiscretizer[1]@9761}
0 = {QuantileDiscretizerModelMapper$LongQuantileDiscretizer@9768}
bounds = {long[7]@9776}
isLeftOpen = true
boundIndex = {int[7]@9777}
nullIndex = 6
zeroAsMissing = false
predictIndices = {Long[1]@9763}
0xFF 参考
Spark QuantileDiscretizer 分位数离散器