机器学习——Java调用sklearn生成好的Logistic模型进行鸢尾花的预测

Posted 2021-11-27 baby-lily

　　机器学习是python语言的长处，而Java在web开发方面更具有优势，如何通过java来调用python中训练好的模型进行在线的预测呢？在java语言中去调用python构建好的模型主要有三种方法：

　　1.在Java语言中，通过python的解释器执行python代码，简单来说就是在java中通过python解释器对象，传入写好的python代码，进行执行，这样的方式运行的效率非常低，而且存在很多python包无法使用的情况，只适合做简单的python代码的运行，并不推荐使用。

　　2.通过PMML工具，将在sklearn中训练好的模型生成一个pmml格式的文件，在该文件中，主要包含了模型的一些训练好的参数，以及输入数据的格式和名称等信息。生成了pmml文件之后，在java中导入pmml相关的包，我们就能通过pmml相关的类读取生成的pmml文件，使用其中的方法传入指定的参数就能实现模型的预测，速度快，效果不错。

　　3.第二种方法因为模型已经训练好了，无法改变，不能实现在线调参的功能，我们可以通过socket服务来进行python和java之间的网络通信，python提供socket服务，java端将模型的参数通过网络传给python端，python端接受到参数之后，进行模型的训练，训练完成之后，将得到的结果返回给Java端。

　　下面给是使用pmml方式调用的步骤：

　　1.在python端生成pmml模型文件，下面以logistic回归为例

    x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, train_size=0.85, random_state=1)
    model = PMMLPipeline([(‘LogisticModer‘, LogisticRegression())])
    model.fit(x_train, y_train)
    y_hat = model.predict(x_test)
    loss = y_hat == y_test
    accuracy = np.mean(loss)
    print(accuracy)
    sklearn2pmml(model, ‘.\\LogisticRegression.pmml‘, with_repr=True)

　　需要加载的包

from sklearn2pmml import sklearn2pmml
from sklearn2pmml.pipeline import PMMLPipeline

　　我们使用PMMLPipeline()的管道函数，还可以在管道中加入其它的一些预处理的操作，比如归一化。sklearn2pmml()函数能够将训练好的模型生成pmml文件，下面来看生成的pmml文件是怎样的吧：

　　下面，我们建一个JavaWeb工程：

 1         <dependency>
 2             <groupId>org.jpmml</groupId>
 3             <artifactId>pmml-evaluator</artifactId>
 4             <version>1.4.1</version>
 5         </dependency>
 6 
 7 
 8         <dependency>
 9             <groupId>org.jpmml</groupId>
10             <artifactId>pmml-evaluator-extension</artifactId>
11             <version>1.4.1</version>
12         </dependency>
13         <dependency>

　　在maven中引入相关的依赖，我们将要用到的方法进行封装，制作成一个工具类：

public static PMML getPMMLModel(InputStream inputStream) {
        PMML pmml = new PMML();
        try {
            pmml = org.jpmml.model.PMMLUtil.unmarshal(inputStream);
        } catch (SAXException e1) {
            e1.printStackTrace();
        } catch (JAXBException e2) {
            e2.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                inputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return pmml;
        }
    }


    public static Evaluator loadPmmlAndgetEvaluator(MachineLearnType machineLearnType) {

            String modefile = getJpmmlModelPath(machineLearnType);  //获取模型的pmml文件路径

            InputStream inputStream = readPmmlFile(modefile);  //根据文件路径返回输入流

            PMML pmml = getPMMLModel(inputStream);  //根据输入流返回PMML

            ModelEvaluatorFactory modelEvaluatorFactory = ModelEvaluatorFactory.newInstance();  //获取 ModelEvaluatorFactory

            Evaluator evaluator = modelEvaluatorFactory.newModelEvaluator(pmml);  // 根据 PMML 模型返回 Evaluator 对象

            pmml = null;

            return evaluator;
    }

    public static Map<String, Object> modelPrediction(Evaluator evaluator, Map<String, Object> paramData) {
        if (evaluator == null || paramData == null) {
            System.out.println("--------------传入对象 evaluator 或 dataMap 为空, 无法进行预测----------------");
            return null;
        }

        List<InputField> inputFields = evaluator.getInputFields();   //获取模型的输入域
        Map<FieldName, FieldValue> arguments = new LinkedHashMap<>();

        for (InputField inputField : inputFields) {            //将参数通过模型对应的名称进行添加
            FieldName inputFieldName = inputField.getName();   //获取模型中的参数名
            Object paramValue = paramData.get(inputFieldName.getValue());   //获取模型参数名对应的参数值
            FieldValue fieldValue = inputField.prepare(paramValue);   //将参数值填入模型中的参数中
            arguments.put(inputFieldName, fieldValue);          //存放在map列表中
        }
        Map<FieldName, ?> results = evaluator.evaluate(arguments);
        List<TargetField> targetFields = evaluator.getTargetFields();

        Map<String, Object> resultMap = new HashMap<>();

        for(TargetField targetField : targetFields) {
            FieldName targetFieldName = targetField.getName();
            Object targetFieldValue = results.get(targetFieldName);
            if (targetFieldValue instanceof Computable) {
                Computable computable = (Computable) targetFieldValue;
                resultMap.put(targetFieldName.getValue(), computable.getResult());
            }else {
                resultMap.put(targetFieldName.getValue(), targetFieldValue);
            }
        }
        return resultMap;
    }

　　上述的方法中，我们将生成的pmml文件读取，得到InputStream对象，调用上述的方法就行了。上面的代码中，MachineLearnType的作用就是获取pmml的路径，我们将要输入的参数放入Map中，进行预测，最后返回预测结果的Map，下面来看Service层的代码，其中MachineLearnType.LOGISTIC_REGRESSION就是根据名称获取pmml文件：

Evaluator evaluator = JPmmlModelUtil.loadPmmlAndgetEvaluator(MachineLearnType.LOGISTIC_REGRESSION);
Map<String , Object> results = JPmmlModelUtil.modelPrediction(evaluator, paramMap);
int result =(int)((double)results.get("y"));

　　下面是Controller层的代码：

　　/**
     * 使用pmml方式对输入的参数进行线性回归预测
     */
    @PostMapping("/logispmml")
    public ServerResponse<String> IrisLogosPmmlPredict(@RequestParam @Valid double x1,
                                                         @RequestParam @Valid double x2,
                                                         @RequestParam @Valid double x3,
                                                         @RequestParam @Valid double x4) {
        logger.info("x1: " + x1 + " x2: " + x2 + " x3:" + x3 + "x4:" + x4);
        Map<String, Object> paramMap = new HashMap<>();
        paramMap.put("x1", x1);
        paramMap.put("x2", x2);
        paramMap.put("x3", x3);
        paramMap.put("x4", x4);
        String result = logisticRegressionService.pridictlogisticpmml(paramMap);
        return createBySuccess(result);
    }

　　我们生成的模型是logistic回归进行鸢尾花数据集的分类，输入的是样本的四个特征，输出是类别0,1,2

int result =(int)((double)results.get("y"));
String irisName = new String();
if(result == 0){
    irisName = "Iris-setosa";
}
if(result == 1){
    irisName = "Iris-versicolor";
}
if(result == 2){
    irisName = "Iris-virginica";
}
    return irisName;
}

　　我们在service中将预测结果转换为对应的类别，下面使用测试工具进行测试：

　　我们就可以在python中将模型构建好，来进行调用啦！