GMDH Shell

Материал из MachineLearning.

GMDH Shell — это программный инструмент для интеллектуального анализа данных и прогнозирования на основе МГУА.

С помощью GMDH Shell можно исследовать данные, построить регрессионную модель, применить ранее полученную модель для прогнозирования.

Бесплатная версия программы имеет ограничения:

• Вычислительное задание не может выполнятся дольше 60 секунд.
• Недоступны функции:
  • Экспорт модели в Excel.
  • Сохранение результатов вычислений.
  • Управление с помощью командной строки.
  • Вычисление на удаленном Linux-кластере.

Содержание 1 Функциональные возможности 1.1 Анализ и визуализация данных 1.2 Модуль импорта 1.3 Модуль предобработки 1.4 Модуль “решателя” 1.5 Модуль пост-обработки 1.6 Экспорт результатов 1.7 Модуль визуализации результатов 2 Литература 3 Ссылки

Функциональные возможности

Анализ и визуализация данных

• Предпросмотр таблицы данных.
• Статистика по колонкам данных: количество текстовых и числовых ячеек; количество нулевых, пропущенных, уникальных значений; максимальное, минимальное, среднее, центральное, наиболее встречаемое значение; стандартное отклонение; количество и -outliers.
• График.
• Линейчатая диаграмма.
• Скаттер.
• Гистограмма.
• Коррелограмма.
• Таблица корреляции с зависимой переменной.
• Триангуляционная поверхность: 3D, изолинии, температурная карта.

Модуль импорта

• Считывание колонок из CSV, XLS, XLSX.
• Нахождение прямоугольной таблицы данных.
• Считывание названий колонок из первой строки.
• Маркировка пропущенных или испорченных ячеек.

Модуль предобработки

• Графическая манипуляция колонками данных.
• Применение трансформаций:

1. Элементарные функции (логарифм, экспонента, арктангенс, нормирование и др.).
2. Временные ряды (серии лагов, разности, скользящее среднее).
3. Другие трансформации (Нумерация категорий, двоичная декомпозиция, взвешивание наблюдений).

• Замена пропущенных значений на: ноль, среднее, центральное, наиболее встречаемое или интерполяция соседних значений.
• Задание экзаменационной выборки.
• Выбор режима предобработки:

1. Общая предобработка (регрессия и классификация)
2. Прогнозирование временных рядов:
   1. Длинна обучающего окна.
   2. Интервал прогноза.
   3. Серия из N испытательных экспериментов со сдвигом обучающего окна N раз на одно наблюдение назад.

Модуль “решателя”

• Дополнительные переменные - формирование расширенного пространства переменных в полиномиальном базисе. Формируются все возможные слагаемые полинома Колмогорова-Габора с учетом ограничений:
  • мин. и макс. степень одной переменной.
  • ограничение суммарной степени члена полинома.
  • ограничение количества переменных в одном члене.
• Перемешивание наблюдений - перемешивание строк данных с последующим восстановлением порядка следования. Используется перестановка «четные затем нечетные» или k корзин в случае k-fold кросс-валидации. Возможна предварительная сортировка по возрастанию, убыванию или по дисперсии прогнозируемой переменной.
• Выбор стратегии валидации моделей - то есть алгоритма использования «внешнего дополнения»:
  • Деление данных на обучающую и проверочную выборки. Параметр стратегии — пропорция деления данных.
  • Деление данных с добавлением штрафа за ошибку обучения (Тестирование модели на всей выборке данных).
  • k-fold кросс-валидация. Параметр стратегии — количество подвыборок данных k.
  • Leave-one-out кросс-валидация.
• Выбор критерия валидации моделей.
  • Среднеквадратичная ошибка (RMSE).
  • Средняя абсолютная ошибка (MAE).
  • RMSE или MAE со штрафом за сложность (умножение на корень сложности модели).
• Ранжирование переменных (с ограничением на использование не более N лучших переменных) .
  • По проверочной точности модели a+b*x.
  • По частоте использования в моделях комбинаторного алгоритма МГУА.
• Выбор алгоритма обучения.
  • Комбинаторный алгоритм с возможностью ограничения максимальной сложности моделей (COMBI).
  • Многорядный итерационный алгоритм (улучшенный MIA) .
    • активные нейроны (COMBI в каждом нейроне).
    • нейроны могут иметь от 2 до 5 входов.
    • нейроны предыдущего слоя добавляются в следующий слой (нейронные связи могут пропускать промежуточные слои ).
• Для обоих алгоритмов можно задать Свободу выбора и Количество параллельных потоков.

Модуль пост-обработки

• Усреднение прогнозов N лучших моделей.
• Дискретизация прогнозных значений (для классификации).

Экспорт результатов

• Экспорт матрицы предобработанных данных.
• Экспорт прогнозов.
• Экспорт модели в Excel. Необходимое условие: все исходные данные находятся в одном файле XLS или XLSX.

Модуль визуализации результатов

• График модели.
• График отклонений для текущей модели и результатов пост-обработки.
• Таблица прогнозов и отклонений текущей модели и результатов пост-обработки.
• Список ранжированных переменных.
• Формула модели.
• Оценка качества прогнозирующих моделей (60 различных видов ошибки):
  • Ошибка пост-обработанного прогноза и текущей модели на экзаменационной выборке и на «обучение+проверка».
  • Максимальная положительная и отрицательная, средняя, квадратичная ошибка.
  • Абсолютная ошибка, процентная от магнитуды процесса (нормированная) и процентная от текущего значения.
  • Ошибка классификации в задачах с двумя и тремя классами.

Литература

1. Кошулько А.А. Прозрачная акселерация программной системы интеллектуального анализа данных. // Научный сервис в сети Интернет: суперкомпьютерные центры и задачи: Труды Международной суперкомпьютерной конференции, ISBN 978-5-211-05916-0 (20-25 сентября 2010 г., г. Новороссийск). — М.: Изд-во МГУ, 2010. — С. 313-314.

Ссылки

• МГУА
• GMDH Shell Forecasting Software — официальный сайт.
• Метод группового учета аргументов (презентация)