Trainieren von Modellen mit Azure Machine Learning-Datasets

GILT FÜR: Python SDK azureml v1

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie Azure Machine Learning-Datasets zum Trainieren von Machine Learning-Modellen einsetzen. Sie können Datasets in Ihrem Lokal- oder Remotecomputeziel verwenden, ohne sich Gedanken über Verbindungszeichenfolgen oder Datenpfade machen zu müssten.

• Informationen zu strukturierten Daten finden Sie unter Nutzen von Datasets in Trainingsskripts für maschinelles Lernen.

• Informationen zu unstrukturierten Daten finden Sie unter Einbinden von Dateien in Remotecomputezielen.

Azure Machine Learning-Datasets bieten eine nahtlose Integration in Azure Machine Learning-Trainingsfunktionen wie ScriptRunConfig, HyperDrive und Azure Machine Learning-Pipelines.

Wenn Sie noch nicht bereit sind, Ihre Daten für das Modelltraining verfügbar zu machen, aber Ihre Daten zur Untersuchung in Ihr Notebook laden möchten, lesen Sie unter Untersuchen der Daten in Ihrem Dataset nach.

Voraussetzungen

Sie benötigen Folgendes, um Datasets zu erstellen und für das Training zu nutzen:

• Ein Azure-Abonnement. Wenn Sie nicht über ein Azure-Abonnement verfügen, können Sie ein kostenloses Konto erstellen, bevor Sie beginnen. Probieren Sie die kostenlose oder kostenpflichtige Version von Azure Machine Learning noch heute aus.

• Ein Azure Machine Learning-Arbeitsbereich.

• Eine Installation des Azure Machine Learning SDK für Python (ab Version 1.13.0), in der das Paket azureml-datasets enthalten ist.

Nutzen von Datasets in Trainingsskripts für maschinelles Lernen

Wenn Sie strukturierte Daten besitzen, die noch nicht als Dataset registriert wurden, können Sie eine TabularDataset-Klasse erstellen und diese direkt im Trainingsskript für das Lokal- oder Remoteexperiment verwenden.

In diesem Beispiel erstellen Sie ein nicht registriertes TabularDataset-Element und geben es als Skriptargument im ScriptRunConfig-Objekt für das Training an. Wenn Sie diese TabularDataset-Klasse für andere Experimente in Ihrem Arbeitsbereich wiederverwenden möchten, finden Sie weitere Informationen unter Registrieren von Datasets.

Erstellen eines TabularDataset-Elements

Der folgende Code erstellt ein nicht registriertes TabularDataset-Element aus einer Web-URL.

from azureml.core.dataset import Dataset

web_path ='https://dprepdata.blob.core.windows.net/demo/Titanic.csv'
titanic_ds = Dataset.Tabular.from_delimited_files(path=web_path)

TabularDataset-Objekte bieten eine Möglichkeit, die TabularDataset-Daten in einen Pandas- oder Spark-DataFrame zu laden, damit Sie mit vertrauten Datenaufbereitungs- und Trainingsbibliotheken arbeiten können, ohne das Notebook zu verlassen.

Zugreifen auf das Dataset im Trainingsskript

Mit dem folgenden Code wird das Skriptargument --input-data konfiguriert, das Sie beim Konfigurieren der Trainingsausführung angeben (siehe nächster Abschnitt). Wenn das tabellarische Dataset als Argumentwert übergeben wird, löst Azure Machine Learning es in die Dataset-ID auf. Anschließend können Sie diesen Argumentwert verwenden, um auf das Dataset in Ihrem Trainingsskript zuzugreifen (ohne den Namen oder die ID des Datasets in Ihrem Skript hartcodieren zu müssen). Anschließend wird die to_pandas_dataframe()-Methode verwendet, um das Dataset in einen Pandas-Datenrahmen zu laden und die Datenuntersuchung und -vorbereitung vor dem Training zu vertiefen.

Wenn Sie die vorbereiteten Daten aus einem In-Memory-Pandas-Datenrahmen in ein neues Dataset laden müssen, schreiben Sie die Daten in eine lokale Datei, z. B. eine Parquet-Datei, und erstellen das neue Dataset aus dieser Datei. Erfahren Sie mehr über das Erstellen von Datasets.

%%writefile $script_folder/train_titanic.py

import argparse
from azureml.core import Dataset, Run

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("--input-data", type=str)
args = parser.parse_args()

run = Run.get_context()
ws = run.experiment.workspace

# get the input dataset by ID
dataset = Dataset.get_by_id(ws, id=args.input_data)

# load the TabularDataset to pandas DataFrame
df = dataset.to_pandas_dataframe()

Konfigurieren der Trainingsausführung

Zum Konfigurieren und Übermitteln der Trainingsausführung wird ein Objekt vom Typ ScriptRunConfig verwendet.

Dieser Code erstellt ein ScriptRunConfig-Objekt (src), das Folgendes festlegt:

• Ein Skriptverzeichnis für Ihre Skripts. Alle Dateien in dieses Verzeichnis werden zur Ausführung in die Clusterknoten hochgeladen.
• Das Trainingsskript train_titanic.py
• Das Eingabedataset für das Training (titanic_ds) als Skriptargument. Azure Machine Learning löst dies in die entsprechende ID des Datasets auf, wenn es an Ihr Skript übergeben wird.
• Das Computeziel für die Ausführung
• Die Umgebung für die Ausführung

from azureml.core import ScriptRunConfig

src = ScriptRunConfig(source_directory=script_folder,
                      script='train_titanic.py',
                      # pass dataset as an input with friendly name 'titanic'
                      arguments=['--input-data', titanic_ds.as_named_input('titanic')],
                      compute_target=compute_target,
                      environment=myenv)
                             
# Submit the run configuration for your training run
run = experiment.submit(src)
run.wait_for_completion(show_output=True)                             

Einbinden von Dateien in Remotecomputezielen

Wenn Sie unstrukturierte Daten besitzen, sollten Sie eine FileDataset-Klasse erstellen und Ihre Datendateien einbinden oder herunterladen, damit diese vom Remotecomputeziel für das Training genutzt werden können. Lesen Sie nach, wann Sie Daten einbinden oder herunterladen sollten, wenn Sie Remotetrainingsexperimente durchführen.

Beispiel:

• Erstellen eines FileDataset-Eingabeelements (mnist_ds) für Ihre Trainingsdaten
• Angeben, wohin Trainingsergebnisse geschrieben werden sollen und Höherstufen dieser Ergebnisse als FileDataset
• Einbinden des Eingabedatasets am Computeziel

Ein Notebookbeispiel finden Sie unter Konfigurieren einer Trainingsausführung mit Dateneingabe und -ausgabe.

Erstellen eines FileDataset-Elements

Im folgenden Beispiel wird ein nicht registriertes FileDataset-Element (mnist_data) aus Web-URLs erstellt. Dieses FileDataset-Element stellt die Eingabedaten für Ihre Trainingsausführung dar.

Erfahren Sie mehr über das Erstellen von Datasets aus anderen Quellen.

from azureml.core.dataset import Dataset

web_paths = [
            'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-images-idx3-ubyte.gz',
            'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/train-labels-idx1-ubyte.gz',
            'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-images-idx3-ubyte.gz',
            'http://yann.lecun.com/exdb/mnist/t10k-labels-idx1-ubyte.gz'
            ]

mnist_ds = Dataset.File.from_files(path = web_paths)

Speicherort zum Schreiben der Trainingsausgabe

Sie können mit einem OutputFileDatasetConfig-Objekt angeben, wohin Ihre Trainingsergebnisse geschrieben werden.

OutputFileDatasetConfig-Objekte ermöglichen Ihnen Folgendes:

• Einbinden oder Hochladen der Ausgabe einer Ausführung in von Ihnen angegebenen Cloudspeicher
• Speichern der Ausgabe als FileDataset in den folgenden unterstützten Speichertypen:
  • Azure-Blob
  • Azure-Dateifreigabe
  • Azure Data Lake Storage Gen1 und Gen2
• Nachverfolgen der Datenherkunft zwischen Trainingsausführungen

Der folgende Code gibt an, dass Trainingsergebnisse als FileDataset im Ordner outputdataset im Standardblobdatenspeicher def_blob_store gespeichert werden soll:

from azureml.core import Workspace
from azureml.data import OutputFileDatasetConfig

ws = Workspace.from_config()

def_blob_store = ws.get_default_datastore()
output = OutputFileDatasetConfig(destination=(def_blob_store, 'sample/outputdataset'))

Konfigurieren der Trainingsausführung

Es wird empfohlen, das Dataset bei der Einbindung als Argument über den Parameter arguments des Konstruktors ScriptRunConfig zu übergeben. Auf diese Weise erhalten Sie den Datenpfad (Bereitstellungspunkt) im Trainingsskript über Argumente. So können Sie dasselbe Trainingsskript für lokales Debugging und Remotetraining auf jeder Cloudplattform verwenden.

Im folgenden Beispiel wird ein ScriptRunConfig-Element erstellt, das das FileDataset-Element über arguments übergibt. Nach dem Übermitteln der Ausführung werden Datendateien, auf die mit dem Dataset mnist_ds verwiesen wird, am Computeziel eingebunden, und die Trainingsergebnisse werden im angegebenen Ordner outputdataset im Standarddatenspeicher gespeichert.

from azureml.core import ScriptRunConfig

input_data= mnist_ds.as_named_input('input').as_mount()# the dataset will be mounted on the remote compute 

src = ScriptRunConfig(source_directory=script_folder,
                      script='dummy_train.py',
                      arguments=[input_data, output],
                      compute_target=compute_target,
                      environment=myenv)

# Submit the run configuration for your training run
run = experiment.submit(src)
run.wait_for_completion(show_output=True)

Einfaches Trainingsskript

Das folgende Skript wird über das ScriptRunConfig-Element übermittelt. Es liest das Dataset mnist_ds als Eingabe und schreibt die Datei in den Ordner outputdataset im Standardblobdatenspeicher def_blob_store.

%%writefile $source_directory/dummy_train.py

# Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.
# Licensed under the MIT License.
import sys
import os

print("*********************************************************")
print("Hello Azure Machine Learning!")

mounted_input_path = sys.argv[1]
mounted_output_path = sys.argv[2]

print("Argument 1: %s" % mounted_input_path)
print("Argument 2: %s" % mounted_output_path)
    
with open(mounted_input_path, 'r') as f:
    content = f.read()
    with open(os.path.join(mounted_output_path, 'output.csv'), 'w') as fw:
        fw.write(content)

Vergleich: Einbinden oder Herunterladen

Das Einbinden oder Herunterladen von Dateien beliebiger Formate aus Azure Blob Storage, Azure Files, Azure Data Lake Storage Gen1, Azure Data Lake Storage Gen2, Azure SQL-Datenbank und Azure Database for PostgreSQL wird für Datasets beliebiger Formate unterstützt.

Wenn Sie ein Dataset einbinden, fügen Sie die Datei, auf die das Dataset verweist, an ein Verzeichnis (Bereitstellungspunkt) an und stellen sie auf dem Computeziel zur Verfügung. Einbinden wird für Linux-basierte Computeressourcen unterstützt, einschließlich Azure Machine Learning Compute, virtuelle Computer und HDInsight. Wenn der Umfang Ihrer Daten die Größe des Computedatenträgers übersteigt, ist das Herunterladen nicht möglich. Für dieses Szenario empfehlen wir das Einbinden, da nur die von Ihrem Skript verwendeten Datendateien zum Zeitpunkt der Verarbeitung geladen werden.

Beim Herunterladen eines Datasets werden alle Dateien, auf die das Dataset verweist, auf das Computeziel heruntergeladen. Herunterladen wird für alle Computetypen unterstützt. Wenn Ihr Skript alle Dateien verarbeitet, auf die das Dataset verweist, und Ihr Computedatenträger über Platz für das vollständige Dataset verfügt, wird Herunterladen empfohlen, um den Mehraufwand das Streamen von Daten von Speicherdiensten zu vermeiden. Informationen zu Downloads mit mehreren Knoten finden Sie unter Vermeiden der Einschränkung.

Der folgende Code bindet dataset in das temporäre Verzeichnis unter mounted_path ein.

import tempfile
mounted_path = tempfile.mkdtemp()

# mount dataset onto the mounted_path of a Linux-based compute
mount_context = dataset.mount(mounted_path)

mount_context.start()

import os
print(os.listdir(mounted_path))
print (mounted_path)

Abrufen von Datasets in Machine Learning-Skripts

Auf registrierte Datasets kann sowohl lokal als auch remote in Computeclustern wie Azure Machine Learning Compute zugegriffen werden. Um experimentübergreifend auf Ihr registriertes Dataset zuzugreifen, verwenden Sie den folgenden Code, um auf Ihren Arbeitsbereich zuzugreifen und das Dataset abzurufen, das in Ihrer zuvor übermittelten Ausführung verwendet wurde. Die Methode get_by_name() für die Klasse Dataset gibt standardmäßig die neueste Version des im Arbeitsbereich registrierten Datasets zurück.

%%writefile $script_folder/train.py

from azureml.core import Dataset, Run

run = Run.get_context()
workspace = run.experiment.workspace

dataset_name = 'titanic_ds'

# Get a dataset by name
titanic_ds = Dataset.get_by_name(workspace=workspace, name=dataset_name)

# Load a TabularDataset into pandas DataFrame
df = titanic_ds.to_pandas_dataframe()

Zugreifen auf den Quellcode während des Trainings

Azure Blob Storage verfügt über eine höhere Durchsatzgeschwindigkeit als die Azure-Dateifreigabe und wird auf eine hohe Anzahl parallel gestarteter Aufträge skaliert. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, Ausführungen so zu konfigurieren, dass für die Übertragung von Quellcodedateien Blobspeicher verwendet wird.

Im folgenden Codebeispiel wird in der Laufzeitkonfiguration angegeben, welcher Blobdatenspeicher für Quellcodeübertragungen verwendet werden soll.

# workspaceblobstore is the default blob storage
src.run_config.source_directory_data_store = "workspaceblobstore" 

Notebook-Beispiele

• Weitere Datasetbeispiele und -konzepte finden Sie in den Dataset-Notebooks.
• Informationen zum Parametrisieren von Datasets in ML-Pipelines finden Sie hier.

Problembehandlung

Fehler bei der Datasetinitialisierung: Timeout beim Warten auf Verfügbarkeit des Bereitstellungpunkts:

• Wenn Sie keine Ausgangsregeln für Netzwerksicherheitsgruppen haben und azureml-sdk>=1.12.0 verwenden, aktualisieren Sie azureml-dataset-runtime und die zugehörigen Abhängigkeiten auf die neueste Version für die jeweilige Nebenversion. Wenn Sie das SDK in einer Ausführung verwenden, erstellen Sie die Umgebung neu, damit sie über den neuesten Patch mit dem Fix verfügt.
• Wenn Sie azureml-sdk<1.12.0 verwenden, führen Sie ein Upgrade auf die neueste Version aus.
• Wenn Sie über Ausgangsregeln für Netzwerksicherheitsgruppen verfügen, stellen Sie sicher, dass eine Ausgangsregel vorhanden ist, die sämtlichen Datenverkehr für das Diensttag AzureResourceMonitor zulässt.

Fehler bei der Datasetinitialisierung: StreamAccessException durch ThrottlingException verursacht

Bei Dateidownloads mit mehreren Knoten versuchen möglicherweise alle Knoten, alle Dateien im Dateidataset aus dem Azure Storage-Dienst herunterzuladen. Dies führt zu einem Drosselungsfehler. Legen Sie zum Vermeiden der Drosselung zunächst die Umgebungsvariable AZUREML_DOWNLOAD_CONCURRENCY auf einen Wert fest, der achtmal so groß wie die Anzahl von CPU-Kernen geteilt durch die Anzahl von Knoten ist. Beim Einrichten eines Werts für diese Umgebungsvariable müssen Sie unter Umständen etwas experimentieren, daher ist die vorstehende Anleitung ein guter Ausgangspunkt.

Im folgenden Beispiel wird von 32 Kernen und 4 Knoten ausgegangen.

from azureml.core.environment import Environment 
myenv = Environment(name="myenv")
myenv.environment_variables = {"AZUREML_DOWNLOAD_CONCURRENCY":64}

AzureFile-Speicher

Projektdateien können nicht in das Arbeitsverzeichnis in AzureFile hochgeladen werden, da der Speicher überlastet ist:

• Falls Sie eine Dateifreigabe für andere Workloads (beispielsweise die Datenübertragung) verwenden, empfiehlt es sich, Blobs zu verwenden, damit die Dateifreigabe für die Übermittlung von Ausführungen frei ist.

• Alternativ kann die Workload auch auf zwei verschiedene Arbeitsbereiche aufgeteilt werden.

ConfigException: Aufgrund fehlender Anmeldeinformationen konnte keine Verbindung mit AzureFileService hergestellt werden. Es muss entweder ein Kontoschlüssel oder ein SAS-Token mit dem Standardblobspeicher des Arbeitsbereichs verknüpft werden.

Führen Sie die folgenden Schritte aus, um sicherzustellen, dass Ihre Anmeldeinformationen für den Speicherzugriff mit dem Arbeitsbereich und dem zugehörigen Dateidatenspeicher verknüpft sind:

1. Navigieren Sie im Azure-Portal zu Ihrem Arbeitsbereich.
2. Wählen Sie auf der Seite Übersicht des Arbeitsbereichs den Speicherlink aus.
3. Wählen Sie auf der Speicherseite im Menü links die Option Zugriffsschlüssel aus.
4. Kopieren Sie den Schlüssel.
5. Navigieren Sie zum Azure Machine Learning-Studio für Ihren Arbeitsbereich.
6. Wählen Sie im Studio den Dateidatenspeicher aus, für den Sie Authentifizierungsanmeldeinformationen angeben möchten.
7. Wählen Sie Authentifizierung aktualisieren aus.
8. Fügen Sie den Schlüssel aus den vorherigen Schritten ein.
9. Wählen Sie Speichern aus.

Übergeben von Daten als Eingabe

TypeError: FileNotFound: Datei oder Verzeichnis nicht vorhanden: Dieser Fehler tritt auf, wenn sich die Datei nicht an dem von Ihnen angegebenen Dateipfad befindet. Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Verweise auf die Datei konsistent mit dem Einbindungsort des Datasets auf Ihrem Computeziel ist. Um einen deterministischen Zustand sicherzustellen, empfiehlt es sich, für die Einbindung eines Datasets an einem Computeziel den abstrakten Pfad zu verwenden. Im folgenden Code wird das Dataset beispielsweise unter dem Stammverzeichnis des Dateisystems des Computeziels eingebunden: /tmp.

# Note the leading / in '/tmp/dataset'
script_params = {
    '--data-folder': dset.as_named_input('dogscats_train').as_mount('/tmp/dataset'),
} 

Wenn Sie den vorangestellten Schrägstrich („/“) nicht einschließen, müssen Sie das Arbeitsverzeichnis auf dem Computeziel als Präfix hinzufügen, z. B. /mnt/batch/.../tmp/dataset, um anzugeben, wo das Dataset eingebunden werden soll.

Nächste Schritte

• Automatisches Trainieren von Machine Learning-Modellen mit TabularDatasets

• Trainieren von Bildklassifizierungsmodellen mit FileDatasets

• Training mit Datasets mithilfe von Pipelines