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予測用のコード生成とコーダー コンフィギュアラーの使用による更新

この例では、SVM モデルの予測を行う C/C++ コードをコーダー コンフィギュアラーを使用して生成する方法と、展開済みの SVM モデルのモデル パラメーターをコードを再生成せずに更新する方法を示します。SVM モデルに学習をさせた後で、関数 learnerCoderConfigurer を使用して、コーダー コンフィギュアラー オブジェクト (SVM 分類モデルの場合は ClassificationSVMCoderConfigurer、SVM 回帰モデルの場合は RegressionSVMCoderConfigurer) を作成します。コーダー コンフィギュアラーには、コード生成オプションの設定、C/C++ コードの生成、および生成されたコード内のモデル パラメーターの更新を行うための便利な機能があります。

  • コード生成オプションを設定し、オブジェクトのプロパティを使用して SVM モデル パラメーターのコーダー属性を指定します。

  • generateCode を使用して、SVM モデルの関数 predict および update に対して C/C++ コードを生成します。C/C++ コードの生成には MATLAB® Coder™ が必要です。

  • コードを再生成せずに、生成された C/C++ コードのモデル パラメーターを更新します。この機能により、新しいデータまたは設定で SVM モデルに再学習をさせるときに、C/C++ コードの再生成、再展開および再確認に必要な作業が不要になります。モデル パラメーターを更新する前に、validatedUpdateInputs を使用して更新対象のモデル パラメーターを検証および抽出します。

次のフロー チャートは、コーダー コンフィギュアラーを使用した SVM モデルの関数 predict および update に対するコード生成のワークフローを示します。

生成されたコード内のモデル パラメーターの更新

データセットの一部を使用してサポート ベクター マシン (SVM) モデルに学習をさせ、モデルについてコーダー コンフィギュアラーを作成します。コーダー コンフィギュアラーのプロパティを使用して、SVM モデル パラメーターのコーダー属性を指定します。コーダー コンフィギュアラーのオブジェクト関数を使用して、新しい予測子データについてラベルを予測する C コードを生成します。その後、データセット全体を使用してモデルに再学習をさせ、コードを再生成せずに、生成されたコードのパラメーターを更新します。

モデルの学習

ionosphere データセットを読み込みます。このデータセットには、レーダー反射についての 34 個の予測子と、不良 ('b') または良好 ('g') という 351 個の二項反応が含まれています。最初の 50 個の観測値を使用して、バイナリ SVM 分類モデルに学習をさせます。

load ionosphere
Mdl = fitcsvm(X(1:50,:),Y(1:50));

Mdl は、ClassificationSVM オブジェクトです。

コーダー コンフィギュアラーの作成

learnerCoderConfigurer を使用して、ClassificationSVM モデルについてコーダー コンフィギュアラーを作成します。予測子データ X を指定します。関数 learnerCoderConfigurer は、入力 X を使用して、関数 predict の入力のコーダー属性を設定します。また、生成されるコードが予測ラベルおよびスコアを返すようにするため、出力の個数を 2 に設定します。

configurer = learnerCoderConfigurer(Mdl,X(1:50,:),'NumOutputs',2);

configurer は、ClassificationSVM オブジェクトのコーダー コンフィギュアラーである ClassificationSVMCoderConfigurer オブジェクトです。

パラメーターのコーダー属性の指定

生成されたコードのパラメーターをモデルの再学習後に更新できるようにするため、SVM 分類モデルのパラメーターのコーダー属性を指定します。この例では、生成されたコードに渡す予測子データのコーダー属性と、SVM モデルのサポート ベクターのコーダー属性を指定します。

はじめに、生成されたコードが任意の個数の観測値を受け入れるように、X のコーダー属性を指定します。属性 SizeVector および VariableDimensions を変更します。属性 SizeVector は、予測子データのサイズの上限を指定し、属性 VariableDimensions は、予測子データの各次元が可変サイズと固定サイズのどちらであるかを指定します。

configurer.X.SizeVector = [Inf 34];
configurer.X.VariableDimensions = [true false];

1 番目の次元のサイズは、観測値の個数です。このケースでは、サイズの上限が Inf であり、サイズが可変、つまり X の観測値の個数が任意であることを指定します。この指定は、コードを生成するときに観測値の個数が不明である場合に便利です。

2 番目の次元のサイズは、予測子変数の個数です。この値は、機械学習モデルに対し固定でなければなりません。X には 34 個の予測子が含まれているので、属性 SizeVector の値は 34、属性 VariableDimensions の値は false でなければなりません。

新しいデータまたは異なる設定を使用して SVM モデルに再学習をさせた場合、サポート ベクターの個数が変化する可能性があります。したがって、生成されたコードのサポート ベクターを更新できるように SupportVectors のコーダー属性を指定します。

configurer.SupportVectors.SizeVector = [250 34];
SizeVector attribute for Alpha has been modified to satisfy configuration constraints.
SizeVector attribute for SupportVectorLabels has been modified to satisfy configuration constraints.
configurer.SupportVectors.VariableDimensions = [true false];
VariableDimensions attribute for Alpha has been modified to satisfy configuration constraints.
VariableDimensions attribute for SupportVectorLabels has been modified to satisfy configuration constraints.

SupportVectors のコーダー属性が変更されると、Alpha および SupportVectorLabels のコーダー属性が構成の制約を満たすように変更されます。あるパラメーターのコーダー属性の変更によって構成の制約を満たすために他の従属パラメーターの変更が必要になる場合、従属パラメーターのコーダー属性は変更されます。

コードの生成

C/C++ コードを生成するには、適切に設定されている C/C++ コンパイラにアクセスできなければなりません。MATLAB Coder は、サポートされているインストール済みのコンパイラを探して使用します。mex -setup を使用すると、既定のコンパイラを表示および変更できます。詳細は、既定のコンパイラの変更 (MATLAB)を参照してください。

generateCode を使用して、ClassificationSVM モデルの関数 predict および update について、既定の設定でコード生成します。

generateCode(configurer)
These files do not exist in output folder:
'initialize.m', 'predict.m', 'update.m', 'ClassificationSVMModel.mat'
generateCode generates these files for code generation.

generateCode は、コードを生成するために必要な MATLAB ファイルを生成します。これには、ClassificationSVM モデル (Mdl) の関数 predict および update にそれぞれ対応するエントリポイント関数 predict.m および update.m が含まれます。次に generateCode は、2 つのエントリポイント関数に対して ClassificationSVMModel という名前の MEX 関数を codegen\mex\ClassificationSVMModel フォルダー内に作成し、この MEX 関数を現在のフォルダーにコピーします。

生成されたコードの確認

予測子データを渡して、Mdl の関数 predict と MEX 関数の関数 predict が同じラベルを返すかどうかを確認します。複数のエントリポイントがある MEX 関数内のエントリポイント関数を呼び出すため、1 番目の入力引数として関数名を指定します。

[label,score] = predict(Mdl,X);
[label_mex,score_mex] = ClassificationSVMModel('predict',X);

isequal を使用して、labellabel_mex を比較します。

isequal(label,label_mex)
ans = logical
   1

すべての入力が等しい場合、isequal は logical 1 (true) を返します。この比較により、同じラベルを Mdl の関数 predict と MEX 関数の関数 predict が返すことを確認します。

score と比較すると、score_mex には丸めによる差が含まれている場合があります。このような場合は、小さい誤差を許容して score_mexscore を比較します。

find(abs(score-score_mex) > 1e-8)
ans =

  0×1 empty double column vector

この比較により、許容誤差 1e–8 内で scorescore_mex が等しいことを確認します。

モデルの再学習と生成コード内のパラメーターの更新

データセット全体を使用してモデルに再学習をさせます。

retrainedMdl = fitcsvm(X,Y);

validatedUpdateInputs を使用して、更新するパラメーターを抽出します。この関数は、retrainedMdl 内の修正されたモデル パラメーターを判別し、修正されたパラメーター値がパラメーターのコーダー属性を満たすかどうかを検証します。

params = validatedUpdateInputs(configurer,retrainedMdl);

生成されたコード内のパラメーターを更新します。

ClassificationSVMModel('update',params)

生成されたコードの確認

retrainedMdl の関数 predict の出力と、更新した MEX 関数の関数 predict の出力を比較します。

labels = predict(retrainedMdl,X);
label_mex = ClassificationSVMModel('predict',X);
isequal(labels,label_mex)
ans = logical
   1

find(abs(score-score_mex) > 1e-8)
ans =

  0×1 empty double column vector

この比較により、labelslabels_mex が等しく、スコアの値が許容誤差内で等しいことを確認します。

参考

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