# NNI 中的 Curve Fitting Assessor ## 1. 介绍 Curve Fitting Assessor 是一个 LPA (learning, predicting, assessing,即学习、预测、评估) 的算法。 如果预测的Trial X 在 step S 比性能最好的 Trial 要差,就会提前终止它。 此算法中,使用了 12 条曲线来拟合学习曲线,从[参考论文](http://aad.informatik.uni-freiburg.de/papers/15-IJCAI-Extrapolation_of_Learning_Curves.pdf)中选择了大量的参数曲线模型。 学习曲线的形状与先验知识是一致的:都是典型的递增的、饱和的函数。 ![](../img/curvefitting_learning_curve.PNG) 所有学习曲线模型被合并到了单个,更强大的模型中。 合并的模型通过加权线性混合: ![](../img/curvefitting_f_comb.gif) 合并后的参数向量 ![](../img/curvefitting_expression_xi.gif) 假设增加一个高斯噪声,且噪声参数初始化为最大似然估计。 通过学习历史数据来确定新的组合参数向量的最大概率值。 用这样的方法来预测后面的 Trial 性能,并停止不好的 Trial 来节省计算资源。 具体来说,该算法有学习、预测和评估三个阶段。 * 步骤 1:学习。 从当前 Trial 的历史中学习,并从贝叶斯角度决定 \xi 。 首先,使用最小二乘法 (由 `fit_theta` 实现) 来节省时间。 获得参数后,过滤曲线并移除异常点(由 `filter_curve` 实现)。 最后,使用 MCMC 采样方法 (由 `mcmc_sampling` 实现) 来调整每个曲线的权重。 至此,确定了 \xi 中的所有参数。 * 步骤 2:预测。 用 \xi 和混合模型公式,在目标位置(例如 epoch 的总数)来计算期望的最终结果精度(由 `f_comb` 实现)。 * 步骤 3:如果拟合结果没有收敛,预测结果会是 `None`,并返回 `AssessResult.Good`,待下次有了更多精确信息后再次预测。 此外,会通过 `predict()` 函数获得正数。如果该值大于 __历史最好结果__ * `THRESHOLD`(默认为 0.95),则返回 `AssessResult.Good`,否则返回 `AssessResult.Bad`。 下图显示了此算法在 MNIST Trial 历史数据上结果。其中绿点表示 Assessor 获得的数据,蓝点表示将来,但未知的数据,红色线条是 Curve fitting Assessor 的预测曲线。 ![](../img/curvefitting_example.PNG) ## 2. 用法 要使用 Curve Fitting Assessor,需要在 Experiment 的 YAML 配置文件进行如下改动。 assessor: builtinAssessorName: Curvefitting classArgs: # (必须) epoch 的总数。 # 需要此数据来决定需要预测的点。 epoch_num: 20 # (可选) 选项: maximize, minimize * optimize_mode 的默认值是 maximize optimize_mode: maximize # (可选) 为了节约计算资源,在收到了 start_step 个中间结果后,才开始预测。 # start_step 的默认值是 6。 start_step: 6 # (可选) 决定是否提前终止的阈值。 # 例如,如果 threshold = 0.95, optimize_mode = maximize,最好的历史结果是 0.9,那么会在 Trial 的预测值低于 0.95 * 0.9 = 0.855 时停止。 * 阈值的默认值是 0.95。 # 注意:如果选择了 minimize 模式,要让 threshold >= 1.0 (如 threshold=1.1) threshold: 0.95 # (可选) gap 是两次评估之间的间隔次数。 # 例如:如果 gap = 2, start_step = 6,就会评估第 6, 8, 10, 12... 个中间结果。 * gap 的默认值是 1。 gap: 1 ## 3. 文件结构 Assessor 有大量的文件、函数和类。 这里只简单介绍最重要的文件: * `curvefunctions.py` 包含了所有函数表达式和默认参数。 * `modelfactory.py` 包括学习和预测部分,并实现了相应的计算部分。 * `curvefitting_assessor.py` 是接收 Trial 历史数据并评估是否需要提前终止的 Assessor。 ## 4. TODO * 进一步提高预测精度,并在更多模型上测试。