Porque o xGBoost ganha todas as competições de Machine Learning

Uma (longa e) boa resposta está nesta tese de Didrik Nielsen.

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Abstract: Tree boosting has empirically proven to be a highly effective approach to predictive modeling.
It has shown remarkable results for a vast array of problems.
For many years, MART has been the tree boosting method of choice.
More recently, a tree boosting method known as XGBoost has gained popularity by winning numerous machine learning competitions.
In this thesis, we will investigate how XGBoost differs from the more traditional MART.
We will show that XGBoost employs a boosting algorithm which we will term Newton boosting. This boosting algorithm will further be compared with the gradient boosting algorithm that MART employs.
Moreover, we will discuss the regularization techniques that these methods offer and the effect these have on the models.
In addition to this, we will attempt to answer the question of why XGBoost seems to win so many competitions.
To do this, we will provide some arguments for why tree boosting, and in particular XGBoost, seems to be such a highly effective and versatile approach to predictive modeling.
The core argument is that tree boosting can be seen to adaptively determine the local neighbourhoods of the model. Tree boosting can thus be seen to take the bias-variance tradeoff into consideration during model fitting. XGBoost further introduces some subtle improvements which allows it to deal with the bias-variance tradeoff even more carefully.

Conclusion: After determining the different boosting algorithms and regularization techniques these methods utilize and exploring the effects of these, we turned to providing arguments for why XGBoost seems to win “every” competition. To provide possible answers to this question, we first gave reasons for why tree boosting in general can be an effective approach. We provided two main arguments for this. First off, additive tree models can be seen to have rich representational abilities. Provided that enough trees of sufficient depth is combined, they are capable of closely approximating complex functional relationships, including high-order interactions. The most important argument provided for the versatility of tree boosting however, was that tree boosting methods are adaptive. Determining neighbourhoods adaptively allows tree boosting methods to use varying degrees of flexibility in different parts of the input space. They will consequently also automatically perform feature selection. This also makes tree boosting methods robust to the curse of dimensionality. Tree boosting can thus be seen actively take the bias-variance tradeoff into account when fitting models. They start out with a low variance, high bias model and gradually reduce bias by decreasing the size of neighbourhoods where it seems most necessary. Both MART and XGBoost have these properties in common. However, compared to MART, XGBoost uses a higher-order approximation at each iteration, and can thus be expected to learn “better” tree structures. Moreover, it provides clever penalization of individual trees. As discussed earlier, this can be seen to make the method even more adaptive. It will allow the method to adaptively determine the appropriate number of terminal nodes, which might vary among trees. It will further alter the learnt tree structures and leaf weights in order to reduce variance in estimation of the individual trees. Ultimately, this makes XGBoost a highly adaptive method which carefully takes the bias-variance tradeoff into account in nearly every aspect of the learning process.

Porque o xGBoost ganha todas as competições de Machine Learning

Novel Revenue Development and Forecasting Model using Machine Learning Approaches for Cosmetics Enterprises.

Abstract:In the contemporary information society, constructing an effective sales prediction model is challenging due to the sizeable amount of purchasing information obtained from diverse consumer preferences. Many empirical cases shown in the existing literature argue that the traditional forecasting methods, such as the index of smoothness, moving average, and time series, have lost their dominance of prediction accuracy when they are compared with modern forecasting approaches such as neural network (NN) and support vector machine (SVM) models. To verify these findings, this paper utilizes the Taiwanese cosmetic sales data to examine three forecasting models: i) the back propagation neural network (BPNN), ii) least-square support vector machine (LSSVM), and iii) auto regressive model (AR). The result concludes that the LS-SVM has the smallest mean absolute percent error (MAPE) and largest Pearson correlation coefficient ( R2 ) between model and predicted values.

Novel Revenue Development and Forecasting Model using Machine Learning Approaches for Cosmetics Enterprises.

A (very) provocative essay about systematic reviews

Via O’Reilly Ideas

Systematic reviews still the best method to validate (with some degree of certainty) any theory, but this is not a silver bullet.

Context: Currently, most systematic reviews and meta-analyses are done retrospectively with fragmented published information. This article aims to explore the growth of published systematic reviews and meta-analyses and to estimate how often they are redundant, misleading, or serving conflicted interests.

Methods: Data included information from PubMed surveys and from empirical evaluations of meta-analyses.

Findings: Publication of systematic reviews and meta-analyses has increased rapidly. In the period January 1, 1986, to December 4, 2015, PubMed tags 266,782 items as “systematic reviews” and 58,611 as “meta-analyses.” Annual publications between 1991 and 2014 increased 2,728% for systematic reviews and 2,635% for meta-analyses versus only 153% for all PubMed-indexed items. Currently, probably more systematic reviews of trials than new randomized trials are published annually. Most topics addressed by meta-analyses of randomized trials have overlapping, redundant meta-analyses; same topic meta-analyses may exceed 20 sometimes. Some fields produce massive numbers of meta-analyses; for example, 185 meta-analyses of antidepressants for depression were published between 2007 and 2014. These meta-analyses are often produced either by industry employees or by authors with industry ties and results are aligned with sponsor interests. China has rapidly become the most prolific producer of English-language, PubMed-indexed meta-analyses. The most massive presence of Chinese meta-analyses is on genetic associations (63% of global production in 2014), where almost all results are misleading since they combine fragmented information from mostly abandoned era of candidate genes. Furthermore, many contracting companies working on evidence synthesis receive industry contracts to produce meta-analyses, many of which probably remain unpublished. Many other meta-analyses have serious flaws. Of the remaining, most have weak or insufficient evidence to inform decision making. Few systematic reviews and meta-analyses are both non-misleading and useful.

Conclusions: The production of systematic reviews and meta-analyses has reached epidemic proportions. Possibly, the large majority of produced systematic reviews and meta-analyses are unnecessary, misleading, and/or conflicted.

 

A (very) provocative essay about systematic reviews

Experimento do Facebook e Gatos Felizes

Direto do KDNuggets.

 

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Homem: “Eu estava para escrever um post agressivo sobre o estudo de manipulação emocional do Facebook, mas então eu me distraí com todas as fotos de gatos felizes que eles me mostraram.”

Para quem não entendeu esse é o artigo da Forbes que mostra um pouco sobre o estudo de manipulação de sentimentos, e aqui é o artigo original.

Para quem quiser realizar o download do artigo original, o link está abaixo.

PNAS-2014-Kramer-8788-90

 

Experimento do Facebook e Gatos Felizes

Reprodutibilidade em Mineração de Dados e Aprendizado de Máquina

Esse post do Geomblog coloca esse assunto de uma maneira bem particular. Abaixo um pequeno relato:

So one thing I often look for when reviewing such papers is sensitivity: how well can the authors demonstrate robustness with respect to the parameter/algorithm choices. If they can, then I feel much more confident that the result is real and is not just an artifact of a random collection of knob settings combined with twirling around and around holding one’s nose and scratching one’s ear. 

 

Aqui no site falamos um pouco sobre isso neste post.

Reprodutibilidade em Mineração de Dados e Aprendizado de Máquina

Reproducible Research with R and RStudio – Livro sobre Pesquisa Reprodutível

Ainda sobre o assunto da reprodução de pesquisas, está em vias de ser lançado um livro sobre o assunto chamado Reproducible Research with R and RStudio escrito por Christopher Gandrud.

No enxerto do livro o autor disponibiliza 5 dicas práticas para criação/reprodução de pesquisas que são:

  1. Document everything!,
  2. Everything is a (text) file,
  3. All files should be human readable,
  4. Explicitly tie your files together,
  5. Have a plan to organize, store, and make your files available.

 

 

Reproducible Research with R and RStudio – Livro sobre Pesquisa Reprodutível

Replicação em Pesquisa Acadêmica em Mineração de Dados

Lendo este post do John Taylor sobre a replicação da pesquisa econômica publicada até em journals de alto impacto lembrei de uma prática bem comum em revistas acadêmicas da área de Engenharia de Produção e Mineração de Dados que é a irreprodutibilidade dos artigos publicados.

Essa irreprodutibilidade se dá na forma em que se conseguem os resultados, em especial, de técnicas como Clustering, Regras de Associação, e principalmente Redes Neurais.

Um trabalho acadêmico/técnico/experimental que não pode ser reproduzido é a priori 1) metodologicamente fraco, e 2) pessimamente revisado. Trabalhos com essas características tem tanto suporte para o conhecimento como a chamada evidência anedótica.

Depois de ler mais de 150 papers em 2012 (e rumo aos 300 em 2013) a estrutura não muda:

  • Introdução;
  • Revisão Bibliográfica;
  • Aplicação da Técnica;
  • Resultados; e
  • Discussão na qual fala que teve  ganho de 90% em redes neurais.

Há um check-list bem interessante para analisar um artigo acadêmico com um péssimo DOE, e mal fundamentado metologicamente:

Artigos de Clustering 

  • Qual foi o tamanho da amostra?;
  • Qual é o tamanho mínimo da amostra dentro da população estimada?
  • Foram realizados testes estatísticos sobre a população como teste-Z ou ANOVA?
  • Qual é o P-Valor?
  • Qual foi a técnica para a determinação da separação dos clusters?
  • Quais os parâmetros foram usados para a clusterização?
  • Porque foi escolhido o algoritmo Z?

Artigos de Regras de Associação

  • Qual foi o suporte mínimo?
  • Qual é o tamanho da amostra e o quanto ela é representativa estatisticamente de acordo com a população?
  • O quanto o SUPORTE representa a POPULAÇÃO dentro do seu estudo?
  • Como foi realizado o prunning as regras acionáveis?
  • A amostra é generalizável? Porque não foi realizado o experimento em TODA a população?

Redes Neurais

  • Qual é a arquitetura da rede?
  • Porque foi utilizada a função de ativação Tangente e não a Hiperbólica (ou vice-versa)?
  • A função de ativação é adequada para os dados que estão sendo estudados? Como foi feito o pré-processamento e a discretização dos dados?
  • Porque foi escolhida o número de camadas internas?
  • Tem taxa de aprendizado? Qual foi e porque foi determinada essa taxa?
  • Tem decaímento (Decay)? Porque?
  • E o momentum? Foi utilizado? Com quais parâmetros?
  • Qual estrutura de custos está vinculada nos resultados? Qual foi a quantidade de erros tipo I e II que foram realizados pela rede?
  • E o número de épocas? Como foi determinada e em qual momento a rede deixou de convergir? Você acha que é um erro mínimo global ou local? Como você explica isso no resultado do artigo

Pode parecer algo como o desconstrucionismo acadêmico fantasiado de exame crítico em um primeiro momento mas para quem vive em um meio no qual estudos mais do que fraudulentos são pintados como revolucionários é um recurso como um escudo contra besteiras (Bullshit Shield).

Em suma, com 50% das respostas das perguntas acima o risco de ser um paper ruim com resultados do tipo “caixa-preta” já caí para 10% e aí entra o verdadeiro trabalho de análise para a reprodução do artigo.

Abaixo um vídeo bem interessante sobre papers que nada mais passam de evidência anedótica.

Replicação em Pesquisa Acadêmica em Mineração de Dados

Porque o review acadêmico é um filtro desnecessário para a ciência?

Esse post do Normal Deviate, apresenta uma situação a qual é bem comum em ambientes acadêmicos: O autor trabalha meses na escrita de um arquivo original, faz a revisões, manda para algum journal e após isso tem simplesmente a negativa da publicação; na qual muitas das vezes bons artigos são descartados muito mais por questões relacionadas a forma do que pelo conteúdo, e artigos que não fazem nada mais do que ser um bolo de citações são publicados.

A critica é bem pertinente, e apresenta um ponto de vista interessante na qual defende um movimento paralelo a isto (que pode viver e sincronia com o método de peer review que é utilizado a mais de 350 anos) que é um site de publicações livres; pois, como o autor elencou, não parece razoável realizar a ciência em sua forma mais moderna, utilizando-se métodos de revisão e validação de 350 anos atrás sem nenhum tipo de crítica a respeito.

O Marcelo Hermes França (o qual é um dos mais respeitados cientistas do Brasil e dono do Site Ciência Brasil) é um grande defensor do sistema atual de revisão, e um os maiores críticos de revistas científicas e fator de impacto no Brasil, no qual muitos dos seus posts expõe a forma picareta que essas revistas realizam ciência através de artigos pagos, revisões capengas, e principalmente o clube da citação que é a forma mais horrenda de se desenvolver ciência e obter financiamento público.

É m tema bem interessante e que impacta diretamente a mineração de dados devido ao fato de ser um campo novo, no qual há muito mais preocupação com as formas do que estamos analisando e vendo como conhecimento do que a aplicação prática, a qual penso que está sendo ceifada pelos journals da área.

Porque o review acadêmico é um filtro desnecessário para a ciência?

Acadêmicos deveriam considerar os desafios do Kaggle válidos para pesquisas

A algum tempo atrás foi realizada uma postagem neste espaço sobre o Kaggle o qual é um site no qual empresas terceirizam a sua análise de dados, através de competições que podem ser remuneradas ou não.

Neste post há uma boa provocação no sentido de porque os acadêmicos não consideram os desafios do Kaggle como válidos para pesquisas; em especial os famosos Data Scientists da web.

Em especial, e aqui é um mea culpa com uma crítica coletiva; é muito bom de ver diversos livros de mineração de dados em português, e até mesmo a popularização do ensino; entretanto, seria muito válido que os profesores e demais acadêmicos de mineração de dados que tanto escrevem artigos e livros (que só o webmaster desse site e mais duas dúzias de alunos fazem questão de ler) se submetessem com o seu background para esse tipo de disputa; o que colocaria não são em perspectiva a teoria como a prática.

Acadêmicos deveriam considerar os desafios do Kaggle válidos para pesquisas