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AutoX是什么？

AutoX一个高效的自动化机器学习工具，它主要针对于表格类型的数据挖掘竞赛。 它的特点包括:

• 效果出色: AutoX在多个kaggle数据集上，效果显著优于其他解决方案(见效果对比)。
• 简单易用: AutoX的接口和sklearn类似，方便上手使用。
• 通用: 适用于分类和回归问题。
• 自动化: 无需人工干预，全自动的数据清洗、特征工程、模型调参等步骤。
• 灵活性: 各组件解耦合，能单独使用，对于自动机器学习效果不满意的地方，可以结合专家知识，AutoX提供灵活的接口。
• 比赛上分点总结：整理并公开历史比赛的上分点。

目录

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• 安装
• 架构
• 快速上手
• 比赛上分点总结
• 效果对比

安装

1. git clone https://github.com/4paradigm/autox.git
2. cd autox
3. python setup.py install

架构

├── autox
│   ├── ensemble
│   ├── feature_engineer
│   ├── feature_selection
│   ├── file_io
│   ├── join_tables
│   ├── metrics
│   ├── models
│   ├── process_data
│   └── util.py
│   ├── CONST.py
│   ├── autox.py
├── run_oneclick.py
└── demo
└── test
├── setup.py
├── README.md

快速上手

• 全自动: 适合于想要快速获得一个不错结果的用户。只需要配置最少的数据信息，就能完成机器学习全流程的构建。

from autox import AutoX
path = data_dir
autox = AutoX(target = 'loss', train_name = 'train.csv', test_name = 'test.csv', 
               id = ['id'], path = path)
sub = autox.get_submit()
sub.to_csv("submission.csv", index = False)

• 半自动: run_demo.ipynb

适合于想要获得更优预测结果的用户。AutoX提供了易用且丰富的接口，用户可以方便地根据实际数据场景进行配置，以获得更优的预测结果。

效果对比：

index	data_type	data_name(link)	metric	AutoX	AutoGluon	H2o
1	regression	zhidemai	mse	1.0034	1.9466	1.1927
2	regression	Tabular Playground Series - Aug 2021	rmse	7.87731	10.3944	7.8895
3	regression	House Prices	rmse	0.13043	0.13104	0.13161
4	binary classification	Titanic	accuracy	0.77751	0.78229	0.79186
5	binary classification	IEEE	accuracy	x	0.724925	0.907818

数据类型

• cat: Categorical，类别型无序变量
• ord: Ordinal，类别型有序变量
• num: Numeric，连续型变量
• datetime: Datetime型时间变量
• timestamp: imestamp型时间变量

表关系

"relations": [ # 表关系(可以包含为1-1, 1-M, M-1, M-M四种)
        {
            "related_to_main_table": "true", # 是否为和主表的关系
            "left_entity": "overdue",  # 左表名字
            "left_on": ["new_user_id"],  # 左表拼表键
            "right_entity": "userinfo",  # 右表名字
            "right_on": ["new_user_id"], # 右表拼表键
            "type": "1-1" # 左表与右表的连接关系
        },
        {
            "related_to_main_table": "true",
            "left_entity": "overdue",
            "left_on": ["new_user_id"],
            "left_time_col": "flag1",
            "right_entity": "bank",
            "right_on": ["new_user_id"],
            "right_time_col": "flag1",
            "type": "1-M"
        },
        {
            "related_to_main_table": "true",
            "left_entity": "overdue",
            "left_on": ["new_user_id"],
            "left_time_col": "flag1",
            "right_entity": "browse",
            "right_on": ["new_user_id"],
            "right_time_col": "flag1",
            "type": "1-M"
        },
        {
            "related_to_main_table": "true",
            "left_entity": "overdue",
            "left_on": ["new_user_id"],
            "left_time_col": "flag1",
            "right_entity": "bill",
            "right_on": ["new_user_id"],
            "right_time_col": "flag1",
            "type": "1-M"
        }
    ]

pipeline的逻辑

• 1.初始化AutoX类

1.1 读数据
1.2 合并train和test
1.3 识别数据表中列的类型
1.4 数据预处理

• 2.特征工程

特征工程包含单表特征和多表特征。
每一个特征工程类都包含以下功能：
    一、自动筛选要执行当前操作的特征；
    二、查看筛选出来的特征
    三、修改要执行当前操作的特征
    四、执行特征数据的计算，返回和主表样本条数以及顺序一致的特征

• 3.特征合并

将构造出来的特征进行合并，行数不变，列数增加，返回大的宽表

• 4.训练集和测试集的划分

将宽表划分成训练集和测试集

• 5.特征过滤

通过train和test的特征列数据分布情况，对构造出来的特征进行过滤，避免过拟合

• 6.模型训练

利用过滤后的宽表特征对模型进行训练
模型类提供功能包括：
    一、查看模型默认参数；
    二、模型训练；
    三、模型调参；
    四、查看模型对应的特征重要性；
    五、模型预测

• 7.模型预测

AutoX类

AutoX类自动为用户管理数据集和数据集信息。
初始化AutoX类之后会执行以下操作：
一、读数据；
二、合并train和test；
三、识别数据表中列的类型；
四、数据预处理。

属性

info_: info_属性用于保存数据集的信息。

• info_['id']: List，用于标识样本的唯一Key
• info_['target']: String，用于标识数据表的标签列
• info_['shape_of_train']: Int，train数据集的数据样本条数
• info_['shape_of_test']: Int，test数据集的数据样本条数
• info_['feature_type']: Dict of Dict，标识数据表中特征列的数据类型
• info_['train_name']: String，用于训练集主表表名
• info_['test_name']: String，用于测试集主表表名

dfs_: dfs_属性用于保存所有的DataFrame，包含原始表数据和构造的表数据。

• dfs_['train_test']: train数据和test数据合并后的数据
• dfs_['FE_feature_name']:特征工程所构造出的数据，例如FE_count，FE_groupby
• dfs_['FE_all']:原始特征和所有特征工程合并后的数据集

方法

• concat_train_test: 将训练集和测试集拼接起来，一般在读取数据之后执行
• split_train_test: 将训练集和测试集分开，一般在完成特征工程之后执行
• get_submit: 获得预测结果(中间过程执行了完成的机器学习pipeline，包括数据预处理，特征工程，模型训练，模型调参，模型融合，模型预测等)

AutoX的pipeline中的操作对应的具体细节：

读数据

读取给定路径下的所有文件。默认情况下，会将训练集主表和测试集主表进行拼接，
再进行后续的数据预处理以及特征工程等操作，并在模型预测开始前，将训练集和测试进行拆分。

数据预处理

- 对时间列解析年, 月, 日, 时、星期几等信息
- 在每次训练前，会对输入到模型的数据删除无效(nunique为1)的特征
- 去除异常样本，去除label为nan的样本

特征工程

• 1-1拼表特征

• 1-M拼表特征

- time diff特征
- 聚合统计类特征

• count特征

对要操作的特征列，将全体数据集中，和当前样本特征属性一致的样本计数作为特征

• target encoding特征

• 统计类特征

使用两层for训练提取统计类特征。
第一层for循环遍历所有筛选出来的分组特征(group_col)，
第二层for循环遍历所有筛选出来的聚合特征(agg_col)，
在第二层for循环中，
若遇到类别型特征，计算的统计特征为nunique，
若遇到数值型特征，计算的统计特征包括[median, std, sum, max, min, mean].

• shift特征

模型训练

AutoX目前支持以下模型：
1. Lightgbm
2. Xgboost
3. TabNet

模型融合

AutoX支持的模型融合方式包括一下两种，默认情况下，使用Bagging的方式进行融合。
1. Stacking；
2. Bagging。

比赛上分点总结：

比赛	magics
kaggle criteo	对于nunique很大的特征列，进行分桶操作。例如，对于nunique大于10000的特征，做hash后截断保留4位，再进行label_encode。
zhidemai	article_id隐含了时间信息，增加article_id的排序特征。例如，groupby(['date'])['article_id'].rank()。

错误排查

错误信息	解决办法