مثال پایانی برای خواننده BigQuery TensorFlow

مشاهده در TensorFlow.org در Google Colab اجرا شود مشاهده منبع در GitHub دانلود دفترچه یادداشت

بررسی اجمالی

این آموزش نشان می دهد که چگونه به استفاده BigQuery مشاهده TensorFlow خواننده برای آموزش شبکه عصبی با استفاده از API های پی در پی Keras.

مجموعه داده

این آموزش با استفاده از ایالات متحده سرشماری درآمد مجموعه داده های ارائه شده توسط دانشگاه UC ایروین یادگیری ماشین مخزن . این مجموعه داده حاوی اطلاعاتی درباره افراد از پایگاه داده سرشماری سال 1994 است، از جمله سن، تحصیلات، وضعیت تأهل، شغل و اینکه آیا آنها بیش از 50000 دلار در سال درآمد دارند یا خیر.

برپایی

پروژه GCP خود را تنظیم کنید

بدون توجه به محیط نوت بوک شما، مراحل زیر مورد نیاز است.

  1. یک پروژه GCP را انتخاب یا ایجاد کنید.
  2. مطمئن شوید که صورتحساب برای پروژه شما فعال است.
  3. BigQuery Storage API را فعال کنید
  4. ID پروژه خود را در سلول زیر وارد کنید. سپس سلول را اجرا کنید تا مطمئن شوید که Cloud SDK از پروژه مناسب برای تمام دستورات این نوت بوک استفاده می کند.

بسته های مورد نیاز را نصب کنید و زمان اجرا را مجددا راه اندازی کنید

try:
  # Use the Colab's preinstalled TensorFlow 2.x
  %tensorflow_version 2.x 
except:
  pass

pip install fastavro
pip install tensorflow-io==0.9.0

pip install google-cloud-bigquery-storage

تصدیق کردن

from google.colab import auth
auth.authenticate_user()
print('Authenticated')

ID PROJECT خود را تنظیم کنید

PROJECT_ID = "<YOUR PROJECT>"
! gcloud config set project $PROJECT_ID
%env GCLOUD_PROJECT=$PROJECT_ID

کتابخانه های پایتون را وارد کنید، ثابت ها را تعریف کنید

from __future__ import absolute_import, division, print_function, unicode_literals

import os
from six.moves import urllib
import tempfile

import numpy as np
import pandas as pd
import tensorflow as tf

from google.cloud import bigquery
from google.api_core.exceptions import GoogleAPIError

LOCATION = 'us'

# Storage directory
DATA_DIR = os.path.join(tempfile.gettempdir(), 'census_data')

# Download options.
DATA_URL = 'https://storage.googleapis.com/cloud-samples-data/ml-engine/census/data'
TRAINING_FILE = 'adult.data.csv'
EVAL_FILE = 'adult.test.csv'
TRAINING_URL = '%s/%s' % (DATA_URL, TRAINING_FILE)
EVAL_URL = '%s/%s' % (DATA_URL, EVAL_FILE)

DATASET_ID = 'census_dataset'
TRAINING_TABLE_ID = 'census_training_table'
EVAL_TABLE_ID = 'census_eval_table'

CSV_SCHEMA = [
      bigquery.SchemaField("age", "FLOAT64"),
      bigquery.SchemaField("workclass", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("fnlwgt", "FLOAT64"),
      bigquery.SchemaField("education", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("education_num", "FLOAT64"),
      bigquery.SchemaField("marital_status", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("occupation", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("relationship", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("race", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("gender", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("capital_gain", "FLOAT64"),
      bigquery.SchemaField("capital_loss", "FLOAT64"),
      bigquery.SchemaField("hours_per_week", "FLOAT64"),
      bigquery.SchemaField("native_country", "STRING"),
      bigquery.SchemaField("income_bracket", "STRING"),
  ]

UNUSED_COLUMNS = ["fnlwgt", "education_num"]

داده‌های سرشماری را به BigQuery وارد کنید

روش های کمکی را برای بارگذاری داده ها در BigQuery تعریف کنید

def create_bigquery_dataset_if_necessary(dataset_id):
  # Construct a full Dataset object to send to the API.
  client = bigquery.Client(project=PROJECT_ID)
  dataset = bigquery.Dataset(bigquery.dataset.DatasetReference(PROJECT_ID, dataset_id))
  dataset.location = LOCATION

  try:
    dataset = client.create_dataset(dataset)  # API request
    return True
  except GoogleAPIError as err:
    if err.code != 409: # http_client.CONFLICT
      raise
  return False

def load_data_into_bigquery(url, table_id):
  create_bigquery_dataset_if_necessary(DATASET_ID)
  client = bigquery.Client(project=PROJECT_ID)
  dataset_ref = client.dataset(DATASET_ID)
  table_ref = dataset_ref.table(table_id)
  job_config = bigquery.LoadJobConfig()
  job_config.write_disposition = bigquery.WriteDisposition.WRITE_TRUNCATE
  job_config.source_format = bigquery.SourceFormat.CSV
  job_config.schema = CSV_SCHEMA

  load_job = client.load_table_from_uri(
      url, table_ref, job_config=job_config
  )
  print("Starting job {}".format(load_job.job_id))

  load_job.result()  # Waits for table load to complete.
  print("Job finished.")

  destination_table = client.get_table(table_ref)
  print("Loaded {} rows.".format(destination_table.num_rows))

بارگیری داده های سرشماری در BigQuery.

load_data_into_bigquery(TRAINING_URL, TRAINING_TABLE_ID)
load_data_into_bigquery(EVAL_URL, EVAL_TABLE_ID)

Starting job 2ceffef8-e6e4-44bb-9e86-3d97b0501187
Job finished.
Loaded 32561 rows.
Starting job bf66f1b3-2506-408b-9009-c19f4ae9f58a
Job finished.
Loaded 16278 rows.

تأیید کنید که داده ها وارد شده است

TODO: <YOUR PROJECT> را با PROJECT_ID خود جایگزین کنید

%%bigquery --use_bqstorage_api
SELECT * FROM `<YOUR PROJECT>.census_dataset.census_training_table` LIMIT 5

بارگیری داده‌های سرشماری در TensorFlow DataSet با استفاده از خواننده BigQuery

داده‌های سرشماری را از BigQuery به TensorFlow DataSet بخوانید و تبدیل کنید

from tensorflow.python.framework import ops
from tensorflow.python.framework import dtypes
from tensorflow_io.bigquery import BigQueryClient
from tensorflow_io.bigquery import BigQueryReadSession

def transform_row(row_dict):
  # Trim all string tensors
  trimmed_dict = { column:
                  (tf.strings.strip(tensor) if tensor.dtype == 'string' else tensor) 
                  for (column,tensor) in row_dict.items()
                  }
  # Extract feature column
  income_bracket = trimmed_dict.pop('income_bracket')
  # Convert feature column to 0.0/1.0
  income_bracket_float = tf.cond(tf.equal(tf.strings.strip(income_bracket), '>50K'), 
                 lambda: tf.constant(1.0), 
                 lambda: tf.constant(0.0))
  return (trimmed_dict, income_bracket_float)

def read_bigquery(table_name):
  tensorflow_io_bigquery_client = BigQueryClient()
  read_session = tensorflow_io_bigquery_client.read_session(
      "projects/" + PROJECT_ID,
      PROJECT_ID, table_name, DATASET_ID,
      list(field.name for field in CSV_SCHEMA 
           if not field.name in UNUSED_COLUMNS),
      list(dtypes.double if field.field_type == 'FLOAT64' 
           else dtypes.string for field in CSV_SCHEMA
           if not field.name in UNUSED_COLUMNS),
      requested_streams=2)

  dataset = read_session.parallel_read_rows()
  transformed_ds = dataset.map(transform_row)
  return transformed_ds

BATCH_SIZE = 32

training_ds = read_bigquery(TRAINING_TABLE_ID).shuffle(10000).batch(BATCH_SIZE)
eval_ds = read_bigquery(EVAL_TABLE_ID).batch(BATCH_SIZE)

تعریف ستون های ویژگی

def get_categorical_feature_values(column):
  query = 'SELECT DISTINCT TRIM({}) FROM `{}`.{}.{}'.format(column, PROJECT_ID, DATASET_ID, TRAINING_TABLE_ID)
  client = bigquery.Client(project=PROJECT_ID)
  dataset_ref = client.dataset(DATASET_ID)
  job_config = bigquery.QueryJobConfig()
  query_job = client.query(query, job_config=job_config)
  result = query_job.to_dataframe()
  return result.values[:,0]

from tensorflow import feature_column

feature_columns = []

# numeric cols
for header in ['capital_gain', 'capital_loss', 'hours_per_week']:
  feature_columns.append(feature_column.numeric_column(header))

# categorical cols
for header in ['workclass', 'marital_status', 'occupation', 'relationship',
               'race', 'native_country', 'education']:
  categorical_feature = feature_column.categorical_column_with_vocabulary_list(
        header, get_categorical_feature_values(header))
  categorical_feature_one_hot = feature_column.indicator_column(categorical_feature)
  feature_columns.append(categorical_feature_one_hot)

# bucketized cols
age = feature_column.numeric_column('age')
age_buckets = feature_column.bucketized_column(age, boundaries=[18, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65])
feature_columns.append(age_buckets)

feature_layer = tf.keras.layers.DenseFeatures(feature_columns)

ساخت و مدل قطار

مدل ساخت

Dense = tf.keras.layers.Dense
model = tf.keras.Sequential(
  [
    feature_layer,
      Dense(100, activation=tf.nn.relu, kernel_initializer='uniform'),
      Dense(75, activation=tf.nn.relu),
      Dense(50, activation=tf.nn.relu),
      Dense(25, activation=tf.nn.relu),
      Dense(1, activation=tf.nn.sigmoid)
  ])

# Compile Keras model
model.compile(
    loss='binary_crossentropy', 
    metrics=['accuracy'])

مدل قطار

model.fit(training_ds, epochs=5)

WARNING:tensorflow:Layer sequential is casting an input tensor from dtype float64 to the layer's dtype of float32, which is new behavior in TensorFlow 2.  The layer has dtype float32 because it's dtype defaults to floatx.

If you intended to run this layer in float32, you can safely ignore this warning. If in doubt, this warning is likely only an issue if you are porting a TensorFlow 1.X model to TensorFlow 2.

To change all layers to have dtype float64 by default, call `tf.keras.backend.set_floatx('float64')`. To change just this layer, pass dtype='float64' to the layer constructor. If you are the author of this layer, you can disable autocasting by passing autocast=False to the base Layer constructor.

WARNING:tensorflow:From /usr/local/lib/python3.6/dist-packages/tensorflow_core/python/feature_column/feature_column_v2.py:4276: IndicatorColumn._variable_shape (from tensorflow.python.feature_column.feature_column_v2) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
The old _FeatureColumn APIs are being deprecated. Please use the new FeatureColumn APIs instead.
WARNING:tensorflow:From /usr/local/lib/python3.6/dist-packages/tensorflow_core/python/feature_column/feature_column_v2.py:4331: VocabularyListCategoricalColumn._num_buckets (from tensorflow.python.feature_column.feature_column_v2) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
The old _FeatureColumn APIs are being deprecated. Please use the new FeatureColumn APIs instead.
Epoch 1/5
1018/1018 [==============================] - 17s 17ms/step - loss: 0.5985 - accuracy: 0.8105
Epoch 2/5
1018/1018 [==============================] - 10s 10ms/step - loss: 0.3670 - accuracy: 0.8324
Epoch 3/5
1018/1018 [==============================] - 11s 10ms/step - loss: 0.3487 - accuracy: 0.8393
Epoch 4/5
1018/1018 [==============================] - 11s 10ms/step - loss: 0.3398 - accuracy: 0.8435
Epoch 5/5
1018/1018 [==============================] - 11s 11ms/step - loss: 0.3377 - accuracy: 0.8455
<tensorflow.python.keras.callbacks.History at 0x7f978f5b91d0>

مدل را ارزیابی کنید

مدل را ارزیابی کنید

loss, accuracy = model.evaluate(eval_ds)
print("Accuracy", accuracy)

509/509 [==============================] - 8s 15ms/step - loss: 0.3338 - accuracy: 0.8398
Accuracy 0.8398452

چند نمونه تصادفی را ارزیابی کنید

sample_x = {
    'age' : np.array([56, 36]), 
    'workclass': np.array(['Local-gov', 'Private']), 
    'education': np.array(['Bachelors', 'Bachelors']), 
    'marital_status': np.array(['Married-civ-spouse', 'Married-civ-spouse']), 
    'occupation': np.array(['Tech-support', 'Other-service']), 
    'relationship': np.array(['Husband', 'Husband']), 
    'race': np.array(['White', 'Black']), 
    'gender': np.array(['Male', 'Male']), 
    'capital_gain': np.array([0, 7298]), 
    'capital_loss': np.array([0, 0]), 
    'hours_per_week': np.array([40, 36]), 
    'native_country': np.array(['United-States', 'United-States'])
  }

model.predict(sample_x)

array([[0.5541261],
       [0.6209938]], dtype=float32)

منابع