Spark MLlib架构解析(含分类算法、回归算法、聚类算法和协同过滤)

简介:

Spark MLlib架构解析

  • MLlib的底层基础解析
  • MLlib的算法库分析
    •   分类算法 
    •   回归算法
    •       聚类算法
    •       协同过滤
  • MLlib的实用程序分析

 

 

 

从架构图可以看出MLlib主要包含三个部分:

  • 底层基础:包括Spark的运行库、矩阵库和向量库;
  • 算法库:包含广义线性模型、推荐系统、聚类、决策树和评估的算法;
  • 实用程序:包括测试数据的生成、外部数据的读入等功能。

 

 

 

 

MLlib的底层基础解析

  底层基础部分主要包括向量接口和矩阵接口,这两种接口都会使用Scala语言基于Netlib和BLAS/LAPACK开发的线性代数库Breeze。

  MLlib支持本地的密集向量和稀疏向量,并且支持标量向量。

  MLlib同时支持本地矩阵和分布式矩阵,支持的分布式矩阵分为RowMatrix、IndexedRowMatrix、CoordinateMatrix等。

  关于密集型和稀疏型的向量Vector的示例如下所示。

      

                

 

 

 

   疏矩阵在含有大量非零元素的向量Vector计算中会节省大量的空间并大幅度提高计算速度,如下图所示。

             

 

 

   标量LabledPoint在实际中也被大量使用,例如判断邮件是否为垃圾邮件时就可以使用类似于以下的代码:

              

 

 

 

  可以把表示为1.0的判断为正常邮件,而表示为0.0则作为垃圾邮件来看待。

  对于矩阵Matrix而言,本地模式的矩阵如下所示。

        

 

 

 

 

   分布式矩阵如下所示。

        

 

 

   RowMatrix直接通过RDD[Vector]来定义并可以用来统计平均数、方差、协同方差等:

       

      

 

 

 

   而IndexedRowMatrix是带有索引的Matrix,但其可以通过toRowMatrix方法来转换为RowMatrix,从而利用其统计功能,代码示例如下所示。

      

 

 

 

   CoordinateMatrix常用于稀疏性比较高的计算中,是由RDD[MatrixEntry]来构建的,MatrixEntry是一个Tuple类型的元素,其中包含行、列和元素值,代码示例如下所示:

          

 

 

 

 

MLlib的算法库分析

  下图是MLlib算法库的核心内容。

        

 

   在这里我们分析一些Spark中常用的算法:

 

   

 

 

  1) 分类算法

  分类算法属于监督式学习,使用类标签已知的样本建立一个分类函数或分类模型,应用分类模型,能把数据库中的类标签未知的数据进行归类。分类在数据挖掘中是一项重要的任务,目前在商业上应用最多,常见的典型应用场景有流失预测、精确营销、客户获取、个性偏好等。MLlib 目前支持分类算法有:逻辑回归、支持向量机、朴素贝叶斯和决策树。

  案例:导入训练数据集,然后在训练集上执行训练算法,最后在所得模型上进行预测并计算训练误差。

复制代码
import org.apache.spark.SparkContext
import org.apache.spark.mllib.classification.SVMWithSGD
import org.apache.spark.mllib.regression.LabeledPoint
 
// 加载和解析数据文件
val data = sc.textFile("mllib/data/sample_svm_data.txt")
val parsedData = data.map { line =>
  val parts = line.split(' ')
  LabeledPoint(parts(0).toDouble, parts.tail.map(x => x.toDouble).toArray)
}
 
// 设置迭代次数并进行进行训练
val numIterations = 20
val model = SVMWithSGD.train(parsedData, numIterations)
 
// 统计分类错误的样本比例
val labelAndPreds = parsedData.map { point =>
val prediction = model.predict(point.features)
(point.label, prediction)
}
val trainErr = labelAndPreds.filter(r => r._1 != r._2).count.toDouble / parsedData.count
println("Training Error = " + trainErr)
复制代码

 

 

 

   

  2) 回归算法

  回归算法属于监督式学习,每个个体都有一个与之相关联的实数标签,并且我们希望在给出用于表示这些实体的数值特征后,所预测出的标签值可以尽可能接近实际值。MLlib 目前支持回归算法有:线性回归、岭回归、Lasso和决策树。

  案例:导入训练数据集,将其解析为带标签点的RDD,使用 LinearRegressionWithSGD 算法建立一个简单的线性模型来预测标签的值,最后计算均方差来评估预测值与实际值的吻合度。

复制代码
import org.apache.spark.mllib.regression.LinearRegressionWithSGD
import org.apache.spark.mllib.regression.LabeledPoint
 
// 加载和解析数据文件
val data = sc.textFile("mllib/data/ridge-data/lpsa.data")
val parsedData = data.map { line =>
  val parts = line.split(',')
  LabeledPoint(parts(0).toDouble, parts(1).split(' ').map(x => x.toDouble).toArray)
}
 
//设置迭代次数并进行训练
val numIterations = 20
val model = LinearRegressionWithSGD.train(parsedData, numIterations)
 
// 统计回归错误的样本比例
val valuesAndPreds = parsedData.map { point =>
val prediction = model.predict(point.features)
(point.label, prediction)
}
val MSE = valuesAndPreds.map{ case(v, p) => math.pow((v - p), 2)}.reduce(_ + _)/valuesAndPreds.count
println("training Mean Squared Error = " + MSE)
复制代码

 

 

 

  

  3)  聚类算法

  聚类算法属于非监督式学习,通常被用于探索性的分析,是根据“物以类聚”的原理,将本身没有类别的样本聚集成不同的组,这样的一组数据对象的集合叫做簇,并且对每一个这样的簇进行描述的过程。它的目的是使得属于同一簇的样本之间应该彼此相似,而不同簇的样本应该足够不相似,常见的典型应用场景有客户细分、客户研究、市场细分、价值评估。MLlib 目前支持广泛使用的KMmeans聚类算法。

  案例:导入训练数据集,使用 KMeans 对象来将数据聚类到两个类簇当中,所需的类簇个数会被传递到算法中,然后计算集内均方差总和(WSSSE),可以通过增加类簇的个数 k 来减小误差。 实际上,最优的类簇数通常是 1,因为这一点通常是WSSSE图中的 “低谷点”。

复制代码
import org.apache.spark.mllib.clustering.KMeans
 
// 加载和解析数据文件
val data = sc.textFile("kmeans_data.txt")
val parsedData = data.map( _.split(' ').map(_.toDouble))
// 设置迭代次数、类簇的个数
val numIterations = 20
val numClusters = 2
 
// 进行训练
val clusters = KMeans.train(parsedData, numClusters, numIterations)
 
// 统计聚类错误的样本比例
val WSSSE = clusters.computeCost(parsedData)
println("Within Set Sum of Squared Errors = " + WSSSE)
复制代码

 

 

 

 

  4) 协同过滤

  协同过滤常被应用于推荐系统,这些技术旨在补充用户-商品关联矩阵中所缺失的部分。MLlib当前支持基于模型的协同过滤,其中用户和商品通过一小组隐语义因子进行表达,并且这些因子也用于预测缺失的元素。

  案例:导入训练数据集,数据每一行由一个用户、一个商品和相应的评分组成。假设评分是显性的,使用默认的ALS.train()方法,通过计算预测出的评分的均方差来评估这个推荐模型。

复制代码
import org.apache.spark.mllib.recommendation.ALS
import org.apache.spark.mllib.recommendation.Rating
 
// 加载和解析数据文件
val data = sc.textFile("mllib/data/als/test.data")
val ratings = data.map(_.split(',') match {
case Array(user, item, rate) => Rating(user.toInt, item.toInt, rate.toDouble)
})
 
// 设置迭代次数
val numIterations = 20
val model = ALS.train(ratings, 1, 20, 0.01)
 
// 对推荐模型进行评分
val usersProducts = ratings.map{ case Rating(user, product, rate) => (user, product)}
val predictions = model.predict(usersProducts).map{
case Rating(user, product, rate) => ((user, product), rate)
}
val ratesAndPreds = ratings.map{
case Rating(user, product, rate) => ((user, product), rate)
}.join(predictions)
val MSE = ratesAndPreds.map{
case ((user, product), (r1, r2)) => math.pow((r1- r2), 2)
}.reduce(_ + _)/ratesAndPreds.count
println("Mean Squared Error = " + MSE)
复制代码

 

 

 

 

 

 

MLlib的实用程序分析

  实用程序部分包括数据的验证器、Label的二元和多元的分析器、多种数据生成器、数据加载器。

        


本文转自大数据躺过的坑博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/zlslch/p/6785144.html,如需转载请自行联系原作者

相关文章
|
负载均衡 算法 关系型数据库
大数据大厂之MySQL数据库课程设计:揭秘MySQL集群架构负载均衡核心算法:从理论到Java代码实战,让你的数据库性能飙升!
本文聚焦 MySQL 集群架构中的负载均衡算法,阐述其重要性。详细介绍轮询、加权轮询、最少连接、加权最少连接、随机、源地址哈希等常用算法,分析各自优缺点及适用场景。并提供 Java 语言代码实现示例,助力直观理解。文章结构清晰,语言通俗易懂,对理解和应用负载均衡算法具有实用价值和参考价值。
大数据大厂之MySQL数据库课程设计:揭秘MySQL集群架构负载均衡核心算法:从理论到Java代码实战,让你的数据库性能飙升!
|
机器学习/深度学习 人工智能 搜索推荐
从零构建短视频推荐系统:双塔算法架构解析与代码实现
短视频推荐看似“读心”,实则依赖双塔推荐系统:用户塔与物品塔分别将行为与内容编码为向量,通过相似度匹配实现精准推送。本文解析其架构原理、技术实现与工程挑战,揭秘抖音等平台如何用AI抓住你的注意力。
2974 7
从零构建短视频推荐系统:双塔算法架构解析与代码实现
|
存储 分布式计算 算法
大数据-106 Spark Graph X 计算学习 案例:1图的基本计算、2连通图算法、3寻找相同的用户
大数据-106 Spark Graph X 计算学习 案例:1图的基本计算、2连通图算法、3寻找相同的用户
552 0
|
机器学习/深度学习 运维 监控
实时异常检测实战:Flink+PAI 算法模型服务化架构设计
本文深入探讨了基于 Apache Flink 与阿里云 PAI 构建的实时异常检测系统。内容涵盖技术演进、架构设计、核心模块实现及金融、工业等多领域实战案例,解析流处理、模型服务化、状态管理等关键技术,并提供性能优化与高可用方案,助力企业打造高效智能的实时异常检测平台。
1327 1
|
负载均衡 算法
架构学习:7种负载均衡算法策略
四层负载均衡包括数据链路层、网络层和应用层负载均衡。数据链路层通过修改MAC地址转发帧;网络层通过改变IP地址实现数据包转发;应用层有多种策略,如轮循、权重轮循、随机、权重随机、一致性哈希、响应速度和最少连接数均衡,确保请求合理分配到服务器,提升性能与稳定性。
3237 11
架构学习:7种负载均衡算法策略
|
机器学习/深度学习 人工智能 自然语言处理
AI训练师入行指南(三):机器学习算法和模型架构选择
从淘金到雕琢,将原始数据炼成智能珠宝!本文带您走进数字珠宝工坊,用算法工具打磨数据金砂。从基础的经典算法到精密的深度学习模型,结合电商、医疗、金融等场景实战,手把手教您选择合适工具,打造价值连城的智能应用。掌握AutoML改装套件与模型蒸馏术,让复杂问题迎刃而解。握紧算法刻刀,为数字世界雕刻文明!
617 6
|
机器学习/深度学习 算法 PyTorch
深度强化学习中SAC算法:数学原理、网络架构及其PyTorch实现
软演员-评论家算法(Soft Actor-Critic, SAC)是深度强化学习领域的重要进展,基于最大熵框架优化策略,在探索与利用之间实现动态平衡。SAC通过双Q网络设计和自适应温度参数,提升了训练稳定性和样本效率。本文详细解析了SAC的数学原理、网络架构及PyTorch实现,涵盖演员网络的动作采样与对数概率计算、评论家网络的Q值估计及其损失函数,并介绍了完整的SAC智能体实现流程。SAC在连续动作空间中表现出色,具有高样本效率和稳定的训练过程,适合实际应用场景。
6567 7
深度强化学习中SAC算法:数学原理、网络架构及其PyTorch实现
|
存储 监控 算法
公司监控上网软件架构:基于 C++ 链表算法的数据关联机制探讨
在数字化办公时代,公司监控上网软件成为企业管理网络资源和保障信息安全的关键工具。本文深入剖析C++中的链表数据结构及其在该软件中的应用。链表通过节点存储网络访问记录,具备高效插入、删除操作及节省内存的优势,助力企业实时追踪员工上网行为,提升运营效率并降低安全风险。示例代码展示了如何用C++实现链表记录上网行为,并模拟发送至服务器。链表为公司监控上网软件提供了灵活高效的数据管理方式,但实际开发还需考虑安全性、隐私保护等多方面因素。
400 0
公司监控上网软件架构:基于 C++ 链表算法的数据关联机制探讨
|
机器学习/深度学习 前端开发 算法
婚恋交友系统平台 相亲交友平台系统 婚恋交友系统APP 婚恋系统源码 婚恋交友平台开发流程 婚恋交友系统架构设计 婚恋交友系统前端/后端开发 婚恋交友系统匹配推荐算法优化
婚恋交友系统平台通过线上互动帮助单身男女找到合适伴侣,提供用户注册、个人资料填写、匹配推荐、实时聊天、社区互动等功能。开发流程包括需求分析、技术选型、系统架构设计、功能实现、测试优化和上线运维。匹配推荐算法优化是核心,通过用户行为数据分析和机器学习提高匹配准确性。
1424 4
|
存储 算法 安全
分布式系统架构1:共识算法Paxos
本文介绍了分布式系统中实现数据一致性的重要算法——Paxos及其改进版Multi Paxos。Paxos算法由Leslie Lamport提出,旨在解决分布式环境下的共识问题,通过提案节点、决策节点和记录节点的协作,确保数据在多台机器间的一致性和可用性。Multi Paxos通过引入主节点选举机制,优化了基本Paxos的效率,减少了网络通信次数,提高了系统的性能和可靠性。文中还简要讨论了数据复制的安全性和一致性保障措施。
1179 1