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分散学習機構Mixの概念説明

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Classifier チュートリアル

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チュートリアル

チュートリアルを始める前に、Jubatus および Jubatus Python クライアントをインストールする必要があります。この手順については クイックスタート を参照してください。

シナリオ

このチュートリアルでは、自然言語の分類に対する評価用データとして有名な News20 (20news-bydate.tar.gz) を利用します。 News20では、話題が20個のニュースグループに分かれており、人々は自分が適していると思ったニュースグループに投稿します。 News20は便宜上、80%の学習用データ(20news-bydate-train)と、20%の実験用データ(20news-bydata-test)の二種類に分けられています。

このチュートリアルプログラムの目的は、学習用データを(投稿先ニュースグループ, 投稿内容)のセットとして学習し、テスト用データ(投稿内容)から、投稿先ニュースグループを推測することです。

このチュートリアルでは、以下のトピックをカバーします。

  • Jubatus サーバをスタンドアローン構成で起動する
  • Jubatus サーバを JSON スタイル で設定する
  • Jubatus の分類器を trainclassify API で使用する
  • 分類に関する基本的なコンセプト

動作させてみる

分類器の機能を提供する jubaclassifier プログラムを設定ファイルを指定して起動します。設定ファイルのサンプルは $PREFIX/share/jubatus/example/config ディレクトリに格納されています。

$ jubaclassifier -f /path/to/share/jubatus/example/config/classifier/pa.json
I0110 13:43:07.789201  1855 server_util.cpp:250] starting jubaclassifier 0.5.0 RPC server at 192.168.0.1:9199
    pid                  : 1855
    user                 : oda
    mode                 : standalone mode
    timeout              : 10
    thread               : 2
    datadir              : /tmp
    logdir               :
    loglevel             : INFO(0)
    zookeeper            :
    name                 :
    interval sec         : 16
    interval count       : 512
    zookeeper timeout    : 10
    interconnect timeout : 10
I0110 13:43:07.789721  1855 server_util.cpp:77] load config from local file :/path/to/share/jubatus/example/config/classifier/pa.json
I0110 13:43:07.790897  1855 classifier_serv.cpp:117] config loaded: {
  "converter" : {
    "string_filter_types" : {},
    "string_filter_rules" : [],
    "num_filter_types" : {},
    "num_filter_rules" : [],
    "string_types" : {},
    "string_rules" : [
      { "key" : "*", "type" : "str", "sample_weight" : "bin", "global_weight" : "bin" }
    ],
    "num_types" : {},
    "num_rules" : [
      { "key" : "*", "type" : "num" }
    ]
  },
  "method" : "PA"
}

Jubatus の分類器サーバが起動しました。 Jubatus サーバは、デフォルトでは TCP 9199 番ポートを利用して待ち受けます。 その他のポートを使用したい場合は、 --rpc-port オプションで指定することができます。 例えば、19199 番ポートを使用するには、次のようにします。

$ jubaclassifier  --configpath /path/to/share/jubatus/example/config/classifier/pa.json --rpc-port 19199

Jubatus と Jubatus クライアントは、TCP/IP ネットワーク経由で MessagePack-RPC プロトコルを使用して通信します。

それでは、 チュートリアルプログラム とデータセットをダウンロードしましょう。

$ git clone https://github.com/jubatus/jubatus-tutorial-python.git
$ cd jubatus-tutorial-python
$ wget http://qwone.com/~jason/20Newsgroups/20news-bydate.tar.gz
$ tar xvzf 20news-bydate.tar.gz

jubaclassifier を再起動します。 この時、チュートリアル用に用意された設定ファイルである config.json を利用して下さい。 先ほど使用したサンプルの設定ファイル( pa.json )では正しく動作しません。

$ jubaclassifier --configpath config.json

チュートリアルプログラムを実行します。

$ python tutorial.py

分類の結果が表示されました! それぞれのメッセージについて、 OK は Jubatus の分類したラベルが正しかったことを、 NG は誤っていたことを表します。

より詳しい説明は以下を参照してください。

チュートリアルの詳細

Dataset

20news-bydate.tar.gz を展開すると、以下のようになります。

20news-bydate-train
|-- alt.atheism
|   |-- 49960
|   |-- 51060
|   |-- 51119
|   |-- 51120
:   :     :
|-- comp.graphics
|-- comp.os.ms-windows.misc
|-- comp.sys.ibm.pc.hardware
|-- comp.sys.mac.hardware
|-- comp.windows.x
|-- misc.forsale
|-- rec.autos
|-- rec.motorcycles
|-- rec.sport.baseball
|-- rec.sport.hockey
|-- sci.crypt
|-- sci.electronics
|-- sci.med
|-- sci.space
|-- soc.religion.christian
|-- talk.politics.guns
|-- talk.politics.mideast
|-- talk.politics.misc
`-- talk.religion.misc

49960 はメッセージの一つで、 alt.atheism はそのメッセージが投稿されたニュースグループの名前です。 例えば、 20news-bydate-train/rec.motorcycles/104435 の内容は次のようなものです。

From: karr@cs.cornell.edu (David Karr)
Subject: Re: BMW MOA members read this!
Organization: Cornell Univ. CS Dept, Ithaca NY 14853
Lines: 19

In article <C5Joz9.HLn@cup.hp.com> Chris Steinbroner <hesh@cup.hp.com> writes:
>Wm. L. Ranck (ranck@joesbar.cc.vt.edu) wrote:
>: As a new BMW owner I was thinking about signing up for the MOA, but
>: right now it is beginning to look suspiciously like throwing money
>: down a rathole.
>
>[...] i'm going to
>let my current membership lapse when it's
>up for renewal.
>
>-- hesh

In my case that's not for another 3+ years, so I'd appreciate any
hints on what will keep the organization in business that long.  (And
preferably longer, of course, and worth being part of.)

-- David Karr (karr@cs.cornell.edu)

このチュートリアルでは、これらのテキストを学習データとして利用します。

サーバの設定

分類器サービスを使用するためには JSONの設定ファイルを用いて jubaclassifier の動作を規定する必要があります。 methodconverterparameter の 3 つの設定可能なパラメタがあります。 これらのパラメタのサンプルを以下に示します。

{
  "method": "PA",
  "converter": {
    "string_filter_types": {
      "detag": { "method": "regexp", "pattern": "<[^>]*>", "replace": "" }
    },
    "string_filter_rules": [
      { "key": "message", "type": "detag", "suffix": "-detagged" }
    ],
    "num_filter_types": {},
    "num_filter_rules": [],
    "string_types": {},
    "string_rules": [
      { "key": "message-detagged", "type": "space", "sample_weight": "bin", "global_weight": "bin"}
    ],
    "num_types": {},
    "num_rules": []
  },
  "parameter": {}
}

method は、以下のアルゴリズムのうちいずれかを指定することができます。

  • perceptron
  • PA, PA1, PA2
  • CW
  • AROW
  • NHERD

このチュートリアルでは、 PA を選択します。

converter は、入力データをどのように加工して、特徴ベクトルに変換するのかを指定します (詳細は データ変換 を参照してください)。

このチュートリアルで使用する学習データは、自然言語のテキストです。 英語など多くの言語は、空白と改行で区切るだけで単語を抽出できます。 Jubatus はこのような特徴ベクトルの抽出機能 (ここでは、自然言語のテキストを単語に分割) をデフォルトで備えています。 また、HTML タグなどは、内容を分類するのにノイズになりそうなので、 <> で囲まれた部分を除去することにしましょう。

この機能を使用すると、こういった自然言語処理や与えられた値の重み付けなど、様々なルール付けを行うことができます。 今回のルールを JSON で表現すると、以下のようになります。

"converter": {
  "string_filter_types": {
    "detag": { "method": "regexp", "pattern": "<[^>]*>", "replace": "" }
  },
  "string_filter_rules": [
    { "key": "message", "type": "detag", "suffix": "-detagged" }
  ],
  "num_filter_types": {},
  "num_filter_rules": [],
  "string_types": {},
  "string_rules": [
    { "key": "message-detagged", "type": "space", "sample_weight": "bin", "global_weight": "bin"}
  ],
  "num_types": {},
  "num_rules": []
}

Classifier API: 学習(train) と 分類(classify)

分類器に学習させる場合は、 train という API (RPC メソッド) を利用します。 以下の例で、 d1 はメッセージから作成された datum であり、 "comp.sys.mac.hardware" はそのメッセージのラベル (ニュースグループの名前) です。

d1 = Datum({"message" : "I want to buy mac book air..."})
client.train([("comp.sys.mac.hardware", d1)])

この要領で、ラベルとメッセージの組み合わせを多数学習させます。

学習結果を使って分類を行う場合は、 classify という API を利用します。 d2 はメッセージから作成された datum ですが、どのニュースグループに投稿されたものであるかは判りません。Jubatus に推測させてみましょう。

d2 = Datum({"message" : "Just bought a new mac book air..."})
result = client.classify([d2])

その結果、以下のような値が得られます。

[[
     ["comp.sys.mac.hardware", 1.10477745533],
     ...
     ["rec.sport.hockey", 0.2273217487300002],
     ["comp.os.ms-windows.misc", -0.065333858132400002],
     ["sci.electronics", -0.184129983187],
     ["talk.religion.misc", -0.092822007834899994]
]]

メッセージ d2"comp.sys.mac.hardware" に投稿された可能性が高いことが分かりました。

その他のチュートリアル

本項では、Jubatus Clientの使い方を、サンプルプログラムを利用して解説します。

Nearnest_Neighbor、Clustering、Burst のチュートリアルは、現在準備中です。

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