Machine Learning no Mundo Real

Vivemos em um ecossistema impulsionado por avanços constantes em Machine Learning, e a transição suave dos modelos do estágio de desenvolvimento para a produção é crucial para colher os benefícios plenos de suas capacidades. 

O Model Deployment, emerge como uma fase crítica nesse processo, delineando o caminho para a utilização real dos modelos em ambientes de produção. Neste artigo, exploraremos estratégias eficientes de Deploy, abordando desde os passos iniciais até as considerações contínuas necessárias para manter modelos operacionais e eficazes.

Treino e Validação

Antes de mergulhar no mundo do deployment, é importante realizar o treinamento do modelo utilizando dados históricos. A validação subsequente, utilizando conjuntos de dados independentes, garante que o modelo esteja pronto para enfrentar dados não vistos, avaliando sua capacidade de generalização.

O empacotamento do modelo é uma etapa essencial, preparando-o para a integração em sistemas ou ambientes de produção. A escolha entre cloud deployment, aproveitando os serviços escaláveis de plataformas como AWS ou Azure, e on-premises deployment, mantendo controle local, é determinada por considerações específicas de cada organização.

Integração Contínua e Monitoramento

A prática de integração contínua garante que as atualizações do modelo sejam implementadas sem interrupções, mantendo a consistência. O monitoramento contínuo, por sua vez, é vital para rastrear o desempenho em tempo real, identificando desvios e garantindo operação adequada.

Manter versões do modelo facilita o rollback e rastreia alterações ao longo do tempo. Considerações robustas de segurança são essenciais, protegendo o modelo e os dados utilizados, e a preparação para escalabilidade dinâmica garante respostas eficientes a aumentos súbitos na demanda.

Existem diversas abordagens de implantação adaptadas a diferentes propósitos na distribuição de um modelo.

• Inicialmente, temos o cenário de análises offline, incorporadas diretamente ao código do desenvolvedor. Essa abordagem é ideal para verificações pontuais, oferecendo uma única resposta que será enviada ao solicitante. Um exemplo prático seria uma análise vinculada a um evento específico. Nesse contexto, a noção de deploy torna-se praticamente insignificante.

• Outra demanda é a necessidade de realizar deploy para análises em batch, envolvendo conjuntos de dados que são enviados regularmente para avaliação pelo modelo. Por exemplo, análises semanais seriam contempladas por essa modalidade.

• Um terceiro tipo refere-se às análises em tempo real, especialmente em situações de uma API destinada à análise via web. Por exemplo, um cliente preenche um formulário online, e os dados necessários são encaminhados para uma análise que determina o montante adequado para um empréstimo. Nesse contexto, o modelo é integrado a uma API que é incorporada ao código do respectivo site.

Outro enfoque é o deploy para streaming, que apresenta uma complexidade adicional, uma vez que lida com uma constante entrada de dados. Essas análises demandam, inclusive, a implementação de uma estrutura de fila para priorizar as requisições.

Passos Essenciais

Para realizar o deployment de um modelo via API para a web, especialmente em um cenário de classificação simples, como separar em duas categorias (sim ou não), é fundamental seguir uma sequência de passos bem definidos. Vamos considerar um exemplo prático com os seguintes passos:

• Exportação do Modelo

Nesta etapa, o primeiro passo é exportar o modelo para uma versão salva que contenha o treinamento necessário e que possa ser facilmente importada em um ambiente diferente.

• Importação do Modelo

Em um ambiente destinado à criação da estrutura de deploy, a pessoa responsável pela programação deve importar o modelo treinado, garantindo a disponibilidade do mesmo para utilização.

• Criação da API

Neste momento, é crucial criar um código que seja capaz de extrair os dados inseridos nos formulários da interface web e transmiti-los para as variáveis utilizadas na fase de predição do modelo.

• Teste da API

A etapa final envolve a realização de testes na API recém-criada, verificando se as predições estão ocorrendo conforme esperado. Este teste é essencial para garantir o correto funcionamento do modelo em um ambiente de produção.

Ferramentas Relevantes para o Deployment

Além dos passos do processo, a escolha de ferramentas adequadas desempenha um papel crucial no sucesso do deployment. Algumas ferramentas essenciais incluem:

1 – Flask

Um framework para Python que simplifica a criação de APIs para a web, proporcionando uma abordagem eficiente e flexível para implementação.

2 – Pickle

Utilizado para converter o modelo criado em um tipo de dado que pode ser salvo e posteriormente carregado na memória, facilitando a integração do modelo com o ambiente de produção.

3 – Docker

Uma ferramenta robusta e especializada em deployment, oferecendo soluções eficazes para encapsular, distribuir e executar aplicações, incluindo modelos de machine learning.

Avaliação Contínua e Usabilidade:

A avaliação contínua, com feedback dos usuários e ajustes do modelo conforme necessário, é uma prática fundamental. Garantir uma experiência do usuário fluida, desde a integração até a entrega de previsões eficazes, é uma prioridade constante.

O deployment de modelos de machine learning é crucial para fornecer valor prático aos clientes e usuários. Vale ressaltar que uma porcentagem significativa, variando de 60% a 90%, dos modelos desenvolvidos não alcança a fase de produção, conforme indicado por diversas análises.

Somente quando os modelos de machine learning são implantados em produção é que eles se tornam operacionais, possibilitando a tomada de decisões, previsões e insights adaptados ao produto final específico.

Para ilustrar, consideremos um cenário em que um cientista de dados constrói um modelo de análise de sentimentos para comentários no YouTube. 

Ao concluir as fases de desenvolvimento, debugging e treinamento do modelo, alcançando excelentes índices de precisão, o cientista de dados pode estar satisfeito com os resultados. No entanto, enquanto o modelo permanece no ambiente de pesquisa, seu valor permanece puramente teórico e não pode ser validado usando dados da vida real, onde seu desempenho pode ser diferente.

Assim, mesmo que o modelo seja considerado o estado-da-arte em análise de processamento de linguagem natural, seu verdadeiro valor se concretiza somente após testes e implantação em produção, permitindo que ele analise dados autênticos.

Desafios

A implementação do Model Deployment não está isenta de desafios. O versionamento adequado, a gestão de erros, a eficiência computacional e a documentação abrangente são considerações adicionais que devem ser tratadas cuidadosamente.

O futuro do Model Deployment inclui a automação avançada, a integração contínua com tecnologias emergentes, como contêineres e orquestradores, e a incorporação de práticas sustentáveis para garantir a longevidade dos modelos.

Em um cenário onde a aplicação prática de modelos de machine learning é essencial para inovação e eficiência, o Model Deployment surge como uma peça-chave na jornada do desenvolvimento à produção.

Adotar estratégias eficientes, desde o treinamento inicial até as considerações contínuas, é essencial para garantir que os modelos não apenas entreguem previsões precisas, mas também operem de maneira eficiente e confiável em ambientes dinâmicos e desafiadores.

O Model Deployment não é apenas um meio de aplicar algoritmos, mas sim a ponte que conecta o potencial teórico dos modelos ao mundo operacional e prático das organizações.