Tengku-Hanis01

tidymodels

prediction

yacsda

statlearning

trees

speed

string

Published

May 17, 2023

Aufgabe

Bearbeiten Sie diese Fallstudie von Tengku Hanis!

Lösung

Die folgende Lösung basiert auf der oben angegebenen Fallstudie.

Pakete laden:

library(tidyverse)
library(tidymodels)
library(finetune)

Daten importieren:

data(income, package = "kernlab")

Datensatz vereinfachen:

set.seed(2021)
income2 <- 
  income %>% 
  filter(INCOME == "[75.000-" | INCOME == "[50.000-75.000)") %>% 
  slice_sample(n = 600) %>% 
  mutate(INCOME = fct_drop(INCOME), 
         INCOME = fct_recode(INCOME, 
                             rich = "[75.000-",
                             less_rich = "[50.000-75.000)"), 
         INCOME = factor(INCOME, ordered = F)) %>% 
  mutate(across(-INCOME, fct_drop))

Check:

DataExplorer::plot_missing(income)

{DataExplorer} sieht nach einem nützlichen Paket aus. Check it out hier!

Daten aufteilen (“Spending our data budget”):

set.seed(2021)
dat_index <- initial_split(income2, strata = INCOME)
dat_train <- training(dat_index)
dat_test <- testing(dat_index)

Kreuzvalidierung:

set.seed(2021)
dat_cv <- vfold_cv(dat_train, v = 10, repeats = 1, strata = INCOME)

Rezept:

dat_rec <- 
  recipe(INCOME ~ ., data = dat_train) %>% 
  step_impute_mode(all_predictors()) %>% 
  step_ordinalscore(AGE, EDUCATION, AREA, HOUSEHOLD.SIZE, UNDER18)

Als Modell (im engeren Sinne) nutzen wir ein Random-Forest-Modell:

rf_mod <- 
  rand_forest(mtry = tune(),
              trees = tune(),
              min_n = tune()) %>% 
  set_mode("classification") %>% 
  set_engine("ranger")

Wie man sieht, geben wir 3 Tuningparameter an.

Modell und Rezept zum Workflow zusammenfassen:

rf_wf <- 
  workflow() %>% 
  add_recipe(dat_rec) %>% 
  add_model(rf_mod)

Tuning Grids definieren:

Wichtig ist, dass wir genau die Parameter angeben im Grid, die wir auch zum Tunen getaggt haben. Das kann man händisch erledigen:

# Regular grid:
reg_grid <- grid_regular(mtry(c(1, 13)), 
                         trees(), 
                         min_n(), 
                         levels = 3)

# Random grid mit 100 Kandidaten:
rand_grid <- grid_random(mtry(c(1, 13)), 
                         trees(), 
                         min_n(), 
                         size = 100)

Wir speichern die Vorhersagen aller Folds im Train-Sample, um die Modellgüte im Train- bzw. Validierungssample anschauen zu können:

ctrl <- control_grid(save_pred = T,
                     extract = extract_model)
measure <- metric_set(roc_auc)

Außerdem haben wir als Gütemaß roc_auc definiert.

In der Fallstudie wurde noch extract = extract_model bei control_grid() ergänzt. Das lassen wir der Einfachheit halber mal weg.

Parallelisieren auf mehreren Kernen, um Rechenzeit zu sparen:

library(doParallel)

# Create a cluster object and then register: 
cl <- makePSOCKcluster(4)
registerDoParallel(cl)

Wie viele CPUs hat mein Computer?

detectCores(logical = FALSE)

Jetzt geht’s ab: Tuning und Fitting!

Hier das “reguläre Gitter” an Tuningkandidaten:

set.seed(2021)
tune_regular <- 
  rf_wf %>% 
  tune_grid(
    resamples = dat_cv, 
    grid = reg_grid,         
    control = ctrl, 
    metrics = measure)

stopCluster(cl)

Die Modellgüte im Vergleich zwischen den Tuning-Kandidaten kann man sich schön ausgeben lassen:

autoplot(tune_regular)

Geht aber nur, wenn man oben gesagt hat, dass man die Predictions speichern möchte.

Welche Kandidatin war am besten:

show_best(tune_regular)

So kann man sich die beste Kandidatin anschauen:

show_best(tune_regular) %>% 
  arrange(-mean) %>% 
  slice(1)

Aber man kann sich auch von Tidymodels einfach die beste Kandidatin sagen lassen:

best_rf <-
  select_best(tune_regular, "roc_auc")

Auf dieser Basis können wir jetzt den Workflow finalisieren, also die Tuningparameter einfüllen:

final_wf <- 
  rf_wf %>% 
  finalize_workflow(best_rf)
final_wf

Und mit diesen Werten den ganzen Train-Datensatz fitten:

test_fit <- 
  final_wf %>%
  last_fit(dat_index)

Wie gut ist das jetzt?

test_fit %>%
  collect_metrics()

Categories:

tidymodels
prediction
yacsda
statlearning
trees
speed
string

--- extype: string exsolution: NA exname: tengku01 expoints: 1 categories: - tidymodels - prediction - yacsda - statlearning - trees - speed - string date: '2023-05-17' slug: Tengku-Hanis01 title: Tengku-Hanis01 execute: error: true eval: false --- # Aufgabe Bearbeiten Sie [diese Fallstudie von Tengku Hanis](https://tengkuhanis.netlify.app/post/hyperparameter-tuning-in-tidymodels/)! # Lösung Die folgende Lösung basiert auf der oben angegebenen Fallstudie. Pakete laden: ```{r} library(tidyverse) library(tidymodels) library(finetune) ``` Daten importieren: ```{r} data(income, package = "kernlab") ``` Datensatz vereinfachen: ```{r} set.seed(2021) income2 <- income %>% filter(INCOME == "[75.000-" | INCOME == "[50.000-75.000)") %>% slice_sample(n = 600) %>% mutate(INCOME = fct_drop(INCOME), INCOME = fct_recode(INCOME, rich = "[75.000-", less_rich = "[50.000-75.000)"), INCOME = factor(INCOME, ordered = F)) %>% mutate(across(-INCOME, fct_drop)) ``` Check: ```{r} DataExplorer::plot_missing(income) ``` `{DataExplorer}` sieht nach einem nützlichen Paket aus. Check it out [hier](https://cran.r-project.org/web/packages/DataExplorer/vignettes/dataexplorer-intro.html)! Daten aufteilen ("Spending our data budget"): ```{r} set.seed(2021) dat_index <- initial_split(income2, strata = INCOME) dat_train <- training(dat_index) dat_test <- testing(dat_index) ``` Kreuzvalidierung: ```{r} set.seed(2021) dat_cv <- vfold_cv(dat_train, v = 10, repeats = 1, strata = INCOME) ``` Rezept: ```{r} dat_rec <- recipe(INCOME ~ ., data = dat_train) %>% step_impute_mode(all_predictors()) %>% step_ordinalscore(AGE, EDUCATION, AREA, HOUSEHOLD.SIZE, UNDER18) ``` Als Modell (im engeren Sinne) nutzen wir ein Random-Forest-Modell: ```{r rf-mod-def} rf_mod <- rand_forest(mtry = tune(), trees = tune(), min_n = tune()) %>% set_mode("classification") %>% set_engine("ranger") ``` Wie man sieht, geben wir 3 Tuningparameter an. Modell und Rezept zum Workflow zusammenfassen: ```{r wf} rf_wf <- workflow() %>% add_recipe(dat_rec) %>% add_model(rf_mod) ``` Tuning Grids definieren: Wichtig ist, dass wir genau die Parameter angeben im Grid, die wir auch zum Tunen getaggt haben. Das kann man händisch erledigen: ```{r grids} # Regular grid: reg_grid <- grid_regular(mtry(c(1, 13)), trees(), min_n(), levels = 3) # Random grid mit 100 Kandidaten: rand_grid <- grid_random(mtry(c(1, 13)), trees(), min_n(), size = 100) ``` Wir speichern die Vorhersagen aller Folds im Train-Sample, um die Modellgüte im Train- bzw. Validierungssample anschauen zu können: ```{r} ctrl <- control_grid(save_pred = T, extract = extract_model) measure <- metric_set(roc_auc) ``` Außerdem haben wir als Gütemaß `roc_auc` definiert. In der Fallstudie wurde noch `extract = extract_model` bei `control_grid()` ergänzt. Das lassen wir der Einfachheit halber mal weg. Parallelisieren auf mehreren Kernen, um Rechenzeit zu sparen: ```{r} library(doParallel) # Create a cluster object and then register: cl <- makePSOCKcluster(4) registerDoParallel(cl) ``` Wie viele CPUs hat mein Computer? ```{r} detectCores(logical = FALSE) ``` Jetzt geht's ab: Tuning und Fitting! Hier das "reguläre Gitter" an Tuningkandidaten: ```{r tune-grid} set.seed(2021) tune_regular <- rf_wf %>% tune_grid( resamples = dat_cv, grid = reg_grid, control = ctrl, metrics = measure) stopCluster(cl) ``` Die Modellgüte im Vergleich zwischen den Tuning-Kandidaten kann man sich schön ausgeben lassen: ```{r} autoplot(tune_regular) ``` Geht aber nur, wenn man oben gesagt hat, dass man die Predictions speichern möchte. Welche Kandidatin war am besten: ```{r} show_best(tune_regular) ``` So kann man sich die beste Kandidatin anschauen: ```{r} show_best(tune_regular) %>% arrange(-mean) %>% slice(1) ``` Aber man kann sich auch von Tidymodels einfach die beste Kandidatin sagen lassen: ```{r} best_rf <- select_best(tune_regular, "roc_auc") ``` Auf dieser Basis können wir jetzt den Workflow finalisieren, also die Tuningparameter einfüllen: ```{r} final_wf <- rf_wf %>% finalize_workflow(best_rf) final_wf ``` Und mit diesen Werten den ganzen Train-Datensatz fitten: ```{r} test_fit <- final_wf %>% last_fit(dat_index) ``` Wie gut ist das jetzt? ```{r} test_fit %>% collect_metrics() ``` --- Categories: - tidymodels - prediction - yacsda - statlearning - trees - speed - string