使用weights & biases记录异常检测实验的核心是集中化管理配置、指标、可视化及模型版本;2. 需重点关注pr-auc、roc-auc、异常分数分布等特有指标和图表;3. 通过命名规范、标签、runs table排序分组、sweeps超参搜索和artifacts版本控制实现多实验高效管理与比较,从而提升迭代效率并确保可复现性。
使用Weights & Biases(W&B)记录异常检测实验,这事儿说起来简单,但真要做到位,能让你在模型迭代的泥潭里少挣扎好几圈。核心在于,W&B提供了一个集中化的平台,能把你的模型配置、训练过程中的指标、可视化图表,甚至连数据集和最终模型本身都版本化管理起来。这对于异常检测这种往往数据高度不平衡、模型表现难以直观评估的领域来说,简直是雪中送炭。它让你能清晰地回溯每一次尝试,对比不同算法、参数设置的效果,而不是在一堆散乱的日志文件和临时图表里大海捞针。
要开始用W&B记录你的异常检测实验,流程上其实和记录普通分类或回归任务大同小异,但关键在于你需要更关注那些异常检测特有的指标和可视化方式。
首先,你需要安装
wandb
pip install wandb
接着,在你的Python脚本里,初始化W&B运行:
import wandb import numpy as np import pandas as pd from sklearn.ensemble import IsolationForest from sklearn.metrics import average_precision_score, roc_auc_score, precision_recall_curve, roc_curve import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns # 假设你已经有了数据 X, y (y是真实标签,0为正常,1为异常) # X: 特征数据,y: 标签 # 模拟一些数据 np.random.seed(42) normal_data = np.random.randn(1000, 5) * 2 anomaly_data = np.random.randn(20, 5) * 5 + 10 # 异常点分布不同 X = np.vstack((normal_data, anomaly_data)) y = np.array([0]*1000 + [1]*20) # 打乱数据 indices = np.arange(len(X)) np.random.shuffle(indices) X = X[indices] y = y[indices] # 1. 初始化W&B wandb.init(project="anomaly-detection-experiments", name="isolation_forest_run_01", config={ "model_type": "IsolationForest", "n_estimators": 100, "max_features": 1.0, "contamination": 0.02, # 预估的异常比例 "random_state": 42 }) # 获取配置 config = wandb.config # 2. 定义模型并训练 model = IsolationForest(n_estimators=config.n_estimators, max_features=config.max_features, contamination=config.contamination, random_state=config.random_state) model.fit(X) # 获取异常分数 # IsolationForest的decision_function值越小,越可能是异常 # 为了方便理解,我们通常将其反转,让分数越大越异常 anomaly_scores = -model.decision_function(X) # 3. 记录核心指标 # 异常检测中,PR-AUC通常比ROC-AUC更能反映模型在极度不平衡数据上的表现 pr_auc = average_precision_score(y, anomaly_scores) roc_auc = roc_auc_score(y, anomaly_scores) wandb.log({ "pr_auc": pr_auc, "roc_auc": roc_auc, "max_anomaly_score": np.max(anomaly_scores), "min_anomaly_score": np.min(anomaly_scores), "mean_anomaly_score": np.mean(anomaly_scores) }) # 4. 记录关键可视化 # PR曲线 precision, recall, _ = precision_recall_curve(y, anomaly_scores) plt.figure(figsize=(8, 6)) plt.plot(recall, precision, label=f'PR Curve (AP = {pr_auc:.2f})') plt.xlabel('Recall') plt.ylabel('Precision') plt.title('Precision-Recall Curve') plt.legend() wandb.log({"pr_curve": wandb.Image(plt)}) plt.close() # ROC曲线 fpr, tpr, _ = roc_curve(y, anomaly_scores) plt.figure(figsize=(8, 6)) plt.plot(fpr, tpr, label=f'ROC Curve (AUC = {roc_auc:.2f})') plt.plot([0, 1], [0, 1], 'k--', label='Random Classifier') plt.xlabel('False Positive Rate') plt.ylabel('True Positive Rate') plt.title('Receiver Operating Characteristic (ROC) Curve') plt.legend() wandb.log({"roc_curve": wandb.Image(plt)}) plt.close() # 异常分数分布 plt.figure(figsize=(8, 6)) sns.histplot(anomaly_scores[y == 0], color='blue', label='Normal', kde=True) sns.histplot(anomaly_scores[y == 1], color='red', label='Anomaly', kde=True) plt.title('Distribution of Anomaly Scores') plt.xlabel('Anomaly Score') plt.ylabel('Count') plt.legend() wandb.log({"anomaly_score_distribution": wandb.Image(plt)}) plt.close() # 5. 记录模型和数据(可选但强烈推荐) # 使用wandb.Artifacts来版本化你的模型和数据集 # 例如,保存训练好的模型 wandb.log_model(path="model.pkl", name="isolation_forest_model", metadata={"pr_auc": pr_auc}) # 结束W&B运行 wandb.finish()
这段代码展示了如何初始化W&B,记录模型配置、训练过程中的关键指标(尤其是PR-AUC和ROC-AUC),以及生成并记录对异常检测至关重要的可视化图表。最后,它也演示了如何保存模型作为W&B Artifact,便于后续复用和追踪。
异常检测,老实说,比一般的分类任务要“难搞”得多。它的核心挑战在于数据极度不平衡,正常样本海量,异常样本稀少且形式多样。这就意味着,你不能简单地看准确率,甚至F1分数都可能误导你。一个模型如果把所有样本都判为正常,准确率可能高达99.9%,但它根本没找到任何异常!
这种固有的复杂性,让我每次做异常检测项目时都特别依赖详尽的实验追踪。我发现,如果不系统地记录每次实验,很快就会陷入混乱:这个参数组合到底用了什么数据集?那个模型在哪些异常类型上表现好?上周跑的那个Autoencoder,它的重建误差分布是怎样的?这些问题,如果只靠本地的CSV日志或者零散的Jupyter Notebook,很快就会让你头大。
W&B的出现,某种程度上解决了我的“管理焦虑”。它提供了一个可视化的仪表盘,让我能直观地比较不同模型的PR曲线、异常分数分布,甚至能直接看到每个运行的超参数。这种透明度和可追溯性,是确保实验有效推进、避免重复造轮子的关键。尤其是在处理时间序列异常或多模态数据时,能够一目了然地看到不同检测器在不同时间段或数据维度上的表现,简直是福音。它不只是一个记录工具,更像是一个帮你梳理思路、发现模式的“副驾驶”。
在异常检测的语境下,我们关注的指标和可视化确实有些特别,因为目标是识别那些“少数派”,而非简单地将样本归类。
首先,指标方面:
其次,可视化方面:
wandb.Image(plt)
wandb.Table
在W&B中管理和比较多个异常检测实验版本,是它真正发挥作用的地方。我通常是这样做的:
首先,命名规范和标签。每次
wandb.init()
name
isolation_forest_v1_0_contam001
vae_anomaly_detection_latent32_epoch100
tags
model:isolation_forest
dataset:sensor_data
hyperparam_sweep
接着,就是W&B的Runs Table。这是你的实验控制中心。默认情况下,它会列出你所有的运行。你可以:
n_estimators
latent_dim
然后是Sweeps(超参数搜索)。对于异常检测模型,超参数的选择往往很敏感。W&B的Sweeps功能可以自动化这个过程。你可以定义一个超参数空间(比如Isolation Forest的
n_estimators
最后,Artifacts(工件管理)。这对于确保实验的可复现性至关重要。你可以将训练好的模型、预处理后的数据集、甚至是一些中间结果都保存为W&B Artifact。Artifact支持版本控制,所以你可以追踪你的数据集是如何演变的,以及哪个模型版本对应哪个数据集版本。比如,我可能会将原始数据集上传为一个Artifact,然后将经过特定预处理(如归一化、特征选择)后的数据集再保存为一个新的Artifact,并在模型训练时引用这个特定版本的数据集。这样,当团队成员想复现我的结果时,他们可以精确地知道我用了哪个版本的数据和模型。
这些功能组合起来,让我能够在一个统一的界面下,对异常检测实验进行全面的管理、分析和比较,极大地提升了我的工作效率和实验质量。
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