java机器学习计算指标动态阈值

 

java机器学习计算指标动态阈值

最近听到有的人说要做机器学习就一定要学Python，我想他们掌握的知道还不够系统全面。本文作者以动态阈值需求场景给大家介绍几种常用Java实现的机器学习库，包括使用开源库如Weka或Deeplearning4j（DL4J）。

需求：计算指标动态阈值

以动态阈值需求场景给大家介绍几种常用Java实现的机器学习库

方法1：使用Weka库

Weka是一个流行的机器学习库，支持多种算法，包括决策树、SVM、神经网络等。你可以使用Weka来实现一个简单的动态阈值调整系统。

步骤1：添加Weka库

首先，确保你的项目中包含了Weka库。你可以通过Maven或Gradle来添加依赖：

<!-- Maven -->
<dependency>
    <groupId>nz.ac.waikato.cms.weka</groupId>
    <artifactId>weka-stable</artifactId>
    <version>3.8.5</version>
</dependency>

// Gradle
dependencies {
    implementation 'nz.ac.waikato.cms.weka:weka-stable:3.8.5'
}

步骤2：编写代码实现动态阈值

下面是一个使用决策树进行分类，并根据性能动态调整阈值的简单示例：

import weka.classifiers.trees.J48;
import weka.core.Instances;
import weka.core.converters.ConverterUtils.DataSource;
 
public class DynamicThreshold {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 加载数据集
        DataSource source = new DataSource("path_to_your_dataset.arff");
        Instances data = source.getDataSet();
        data.setClassIndex(data.numAttributes() - 1); // 假设最后一列是目标变量
 
        // 初始化分类器
        J48 tree = new J48();
        tree.setOptions(new String[]{"-C", "0.25", "-M", "2"}); // 设置其他参数，例如剪枝和最小样本数
 
        // 训练模型并测试性能（此处仅为示例，实际应用中应更详细地处理性能评估）
        tree.buildClassifier(data);
        double accuracy = evaluateModel(tree, data);
        System.out.println("Initial Accuracy: " + accuracy);
 
        // 动态调整阈值（这里仅为示例，实际应用中可能需要更复杂的逻辑）
        for (int i = 0; i < 5; i++) { // 假设调整5次阈值
            double newThreshold = Math.max(0, accuracy - 0.05); // 降低阈值，例如降低5%的准确率要求
            tree.setConfidenceFactor((float) newThreshold); // 更新阈值（此处仅为示例，实际方法依赖于具体算法）
            accuracy = evaluateModel(tree, data); // 重新评估模型性能
            System.out.println("New Threshold Accuracy: " + accuracy);
        }
    }
 
    private static double evaluateModel(J48 tree, Instances data) throws Exception {
        double correct = 0;
        for (int i = 0; i < data.numInstances(); i++) {
            double predicted = tree.classifyInstance(data.instance(i));
            if (predicted == data.instance(i).classValue()) {
                correct++;
            }
        }
        return correct / data.numInstances();
    }
}

方法2: 使用Deeplearning4j（DL4J）

使用Deeplearning4j（DL4J）进行神经网络训练与动态阈值调整（适用于更复杂场景）

在使用Deeplearning4j进行深度学习时，动态阈值通常用于激活函数，特别是在二分类问题中。动态阈值可以根据输入数据的特征动态调整，以更好地适应数据分布的变化。下面将介绍几种在Deeplearning4j中实现动态阈值的方法：

1、pom依赖

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.deeplearning4j</groupId>
        <artifactId>deeplearning4j-core</artifactId>
        <version>1.0.0-beta7</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.nd4j</groupId>
        <artifactId>nd4j-native-platform</artifactId>
        <version>1.0.0-beta7</version>
    </dependency>
</dependencies>

2. 使用自定义层（Custom Layer）

你可以通过扩展BaseLayer类来创建一个自定义层，其中包含动态调整阈值的逻辑。例如，可以创建一个激活函数层，该层根据当前输入或学习到的参数动态调整阈值

import org.deeplearning4j.nn.api.Layer;
import org.deeplearning4j.nn.conf.NeuralNetConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.BaseLayer;
import org.deeplearning4j.nn.weights.WeightInit;
import org.nd4j.linalg.api.ndarray.INDArray;
import org.nd4j.linalg.factory.Nd4j;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.ILossFunction;
 
public class DynamicThresholdLayer extends BaseLayer<DynamicThresholdLayer, DynamicThresholdLayer> {
    private double threshold;
 
    public DynamicThresholdLayer(NeuralNetConfiguration conf) {
        super(conf);
        this.threshold = 0.5; // 初始阈值
    }
 
    @Override
    public Type getOutputType() {
        return Type.ACTIVATION;
    }
 
    @Override
    public boolean isPretrainLayer() {
        return false;
    }
 
    @Override
    public boolean isOutplace() {
        return false;
    }
 
    @Override
    public INDArray activate(INDArray x, boolean training) {
        // 动态调整阈值逻辑（这里可以加入更多复杂的逻辑）
        if (training) {
            this.threshold = 0.5 + 0.1 * Nd4j.getNoise(x.shape()).meanNumber().doubleValue(); // 示例：根据噪声调整阈值
        }
        return x.gt(threshold); // 应用阈值操作
    }
 
    @Override
    public void computeGradientAndScore(INDArray exampleFeatures, int exampleLabel, INDArray gradient) {
        // 实现梯度计算逻辑（如果需要）
    }
}

3. 使用回调（Callbacks）或监听器（Listeners）调整参数

你可以在训练过程中使用回调或监听器来调整阈值。例如，你可以在每个epoch结束时根据验证集的性能来调整阈值。

import org.deeplearning4j.optimize.listeners.ScoreIterationListener;
import org.deeplearning4j.optimize.api.TrainingListener;
import org.deeplearning4j.optimize.listeners.EvaluativeListener;
import org.deeplearning4j.optimize.listeners.EvaluativeListenerHelper;
import org.nd4j.linalg.dataset.api.iterator.DataSetIterator;
import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.NormalizerVertex;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.LossFunctions;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.impl.*;
import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.deeplearning4j.nn.conf.*;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.*;
import org.deeplearning4j.eval.*;
import org.deeplearning4j.optimize.*;
import org.deeplearning4j.*;
import org.nd4j.*;
import org.nd4j.*;
import org.nd4j.*;
import org.nd4j.*;
import org.nd4j.*;
import org.nd4j.*;
import org.*; // 注意：此处仅为示例，实际使用时请适当导入所需类并清理导入语句。

在回调中，你可以这样设置：

MultiLayerNetwork model = new MultiLayerNetwork(new NeuralNetConfiguration...); 
// 配置你的网络结构... 省略配置细节以保持简洁。 确保你的网络已经配置好了。
// 例如: 添加一个自定义层。 
// 例如: model = new MultiLayerNetwork(new NeuralNetConfiguration...); 添加一个自定义层。
// 例如: model = new MultiLayerNetwork(new NeuralNetConfiguration...); 添加一个自定义层。
// 例如: model =

4、创建和训练模型

2和3合在一起写，我们创建一个简单的神经网络模型并训练它

import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.deeplearning4j.nn.conf.MultiLayerConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.NeuralNetConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.DenseLayer;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.OutputLayer;
import org.deeplearning4j.nn.weights.WeightInit;
import org.nd4j.linalg.activations.Activation;
import org.nd4j.linalg.learning.config.Adam;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.LossFunctions;
import org.deeplearning4j.nn.conf.*;
import org.deeplearning4j.optimize.listeners.ScoreIterationListener;
import org.deeplearning4j.ui.api.UIServer;
import org.deeplearning4j.ui.stats.StatsListener;
import org.deeplearning4j.ui.storage.InMemoryStatsStorage;
import org.nd4j.linalg.dataset.DataSet;
import org.nd4j.linalg.dataset.api.iterator.DataSetIterator;
import org.nd4j.linalg.dataset.SplitTestAndTrain;
import org.nd4j.linalg.factory.Nd4j;
import org.nd4j.linalg.api.ndarray.INDArray;
import org.deeplearning4j.eval.ROC;
import java.util.*;
 
public class DynamicThresholdExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建配置对象
        MultiLayerConfiguration conf = new NeuralNetConfiguration.Builder()
            .seed(12345)
            .updater(new Adam(0.01))
            // 添加隐藏层和输出层配置
            .list()
            // 第一个隐藏层配置
            .layer(new DenseLayer.Builder().nIn(2).nOut(5)
                   .activation(Activation.RELU)
                   .weightInit(WeightInit.XAVIER)
                   .build())
            // 输出层配置（二分类）
            .layer(new OutputLayer.Builder(LossFunctions.LossFunction.XENT)
                   .activation(Activation.SIGMOID) // Sigmoid激活函数适用于二分类问题输出层
                   .nOut(1) // 输出层神经元数量，对于二分类为1
                   .build())
            // 构建多层配置对象
             .build();
        MultiLayerNetwork model = new MultiLayerNetwork(conf);
        model.init(); // 初始化模型参数
        model.setListeners(new ScoreIterationListener(100)); // 每100次迭代打印一次分数（可选）
        UIServer uiServer = UIServer.getInstance(); // 获取UI服务器实例（可选）
        StatsStorage statsStorage = new InMemoryStatsStorage(); // 使用内存存储统计信息（可选）
        uiServer.attach(statsStorage); //

方法3:使用DJL

使用Deep Java Library计算动态指标阈值示例代码

Deep Java Library (DJL) 是一个由 Amazon Web Services 开发的深度学习库，它提供了在 Java 环境中使用各种深度学习框架的能力，如 PyTorch 和 TensorFlow。如果你想使用 DJL 来计算动态指标阈值，你可以通过构建一个模型来进行预测，并根据这些预测来调整阈值。

以下是一个使用 DJL 在 Java 中计算动态指标阈值的示例步骤和代码。我们将通过以下步骤来实现：

1. 环境设置：确保你的项目中已经添加了 DJL 依赖。

2. 加载模型：加载一个已经训练好的模型。

3. 实时数据输入：将实时数据输入到模型中以获取预测。

4. 计算阈值：根据模型的输出动态调整阈值。

步骤 1: 添加 DJL 依赖

首先，确保你的项目中包含了 DJL 的依赖。如果你使用 Maven，可以在 pom.xml 中添加如下依赖：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>ai.djl</groupId>
        <artifactId>api</artifactId>
        <version>0.15.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>ai.djl.pytorch</groupId>
        <artifactId>pytorch-engine</artifactId>
        <version>0.15.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>ai.djl.pytorch</groupId>
        <artifactId>pytorch-native-auto</artifactId>
        <version>0.15.0</version>
    </dependency>
</dependencies>

步骤 2: 加载模型

假设你已经有了一个训练好的模型，你可以这样加载它：

import ai.djl.MalformedModelException;
import ai.djl.inference.Predictor;
import ai.djl.modality.cv.Image;
import ai.djl.modality.cv.ImageFactory;
import ai.djl.modality.cv.output.DetectedObjects;
import ai.djl.modality.cv.translator.ImageClassificationTranslator;
import ai.djl.repository.zoo.Criteria;
import ai.djl.repository.zoo.ModelZoo;
import ai.djl.repository.zoo.ZooModel;
import ai.djl.training.EasyTrain;
import ai.djl.translate.TranslateException;
import ai.djl.translate.Translator;
import ai.djl.translate.TranslatorContext;
import ai.djl.ndarray.*;
import ai.djl.ndarray.types.*;
import ai.djl.training.*;
import ai.djl.training.loss.*;
import ai.djl.training.util.*;
import ai.djl.Device;
import ai.djl.*;
import ai.djl.*;
import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.*;
import java.util.*;
import java.util.*;
import java.*;

步骤 3: 实时数据输入与预测

public class DynamicThresholdExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException, MalformedModelException, TranslateException {
        // 加载模型
        Criteria<Image, DetectedObjects> criteria = Criteria.builder()
                                                             .optApplication(ImageClassificationCriteria.IMAGE_CLASSIFICATION) // 根据你的模型类型调整这个选项，例如这里是图像分类的例子。如果是对象检测，使用ObjectDetectionCriteria等。
                                                             .setTypes(Image.class, DetectedObjects.class) // 设置输入输出类型。根据你的模型进行调整。例如图像分类是Image和DetectedObjects。如果是回归或其他任务，请相应调整。
                                                             .optFilter("ai-zoo", "image*") // 选择模型过滤器，例如 "image*" 表示选择所有图像分类模型。根据需要选择合适的过滤器。
                                                             .build(); // 构建模型选择条件。根据你的模型类型和需求进行调整。例如，如果是回归问题，可能需要使用RegressionCriteria等。
        ZooModel<Image, DetectedObjects> model = ModelZoo.loadModel(criteria); // 加载模型。根据你的模型类型和需求进行调整。例如，如果是回归问题，可能需要加载回归模型等。
        model = model.newEngine(); // 在默认设备上创建模型的实例。根据你的设备需求进行调整（例如CPU或GPU）。例如：model = model.newEngine(Device.gpu()); 如果使用GPU。
        Predictor<Image

附件一：机器学习库官方网址

Deeplearning4j

Weka

DJL

 

 附件二：面向机器学习的Java库与平台简介、适用场景、官方网站、社区网址面向机器学习的Java库与平台简介、适用场景、官方网站、社区网址-CSDN博客

 

附件三：常见的机器学习库简介、优点缺点、官方网站、社区网址

常见的机器学习库简介、优点缺点、官方网站、社区网址-CSDN博客