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### 가시거리(Visibility) 예측 모델링 프로젝트
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기상·대기오염 정보(ASOS, DataOn)를 통합해 가시거리(`visi`)를 예측합니다. 불균형 데이터를 SMOTENC/CTGAN으로 보강하고, GBDT(LightGBM/XGBoost)와 탭울러 딥러닝(ResNet-like, FT-Transformer, DeepGBM)을 결합해 다중/이진 분류를 수행합니다.
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### 기술 스택(Tech Stack)
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| 7 |
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- 데이터 처리: `pandas`, `numpy`
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| 8 |
-
- EDA/시각화: `matplotlib`, `seaborn`
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| 9 |
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- 샘플링/불균형 처리: `imbalanced-learn (SMOTENC)`, `CTGAN`, `Optuna`(CTGAN 하이퍼파라미터), 지역/연도 기반 분할
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| 10 |
-
- 모델링(GBDT): `LightGBM`, `XGBoost`(GPU 옵션 포함, 사용자 정의 CSI 평가)
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| 11 |
-
- 모델링(딥러닝): `PyTorch` 기반 `ResNetLike`, `FTTransformer`, `DeepGBM`
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| 12 |
-
- 최적화: `hyperopt`(LightGBM/XGBoost), `Optuna`(CTGAN)
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| 13 |
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- 유틸/저장: `joblib`
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### 시스템 아키텍처(파이프라인)
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1) 데이터 수집/적재: `data/ASOS`, `data/dataon`
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2) 병합/전처리: `1.data_preprocessing/0.air_data_merge.ipynb` → `1.data_preprocessing/1.data_merge.ipynb` → `1.data_preprocessing/2.eda_preproccesing.ipynb` → `1.data_preprocessing/3.make_train_test.ipynb`
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| 19 |
-
3) 데이터 증강(불균형 처리): `2.make_oversample_data/` 내 `SMOTENC` → `CTGAN(+Optuna)` → 규칙 기반 필터링
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| 20 |
-
4) 데이터 분할: 지역별(`*_train.csv`, `*_test.csv`), 연도 기반 3-Fold 홀드아웃
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| 21 |
-
5) 학습: GBDT(`5.optima/*/`)와 딥러닝 노트북
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| 22 |
-
6) 평가/분석: 사용자 정의 `CSI` + F1/Accuracy, `visualization/model_visualize.ipynb`, `find_reason/*`(트렌드, 분포 비교)
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| 23 |
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7) 앙상블/최종: `model_voting_test_best_sample/ensemble__voting_best_sample.ipynb`, `final_test/final.ipynb`
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### TL;DR (빠른 시작)
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1) 파이썬 환경 준비 후 필수 패키지 설치
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```bash
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| 30 |
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pip install -U torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu118
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| 31 |
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pip install pandas numpy scikit-learn matplotlib seaborn imbalanced-learn optuna ctgan xgboost lightgbm joblib hyperopt
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| 32 |
-
```
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| 33 |
-
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| 34 |
-
2) 데이터 배치
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| 35 |
-
- 원천/중간 산출물을 `data/` 하위에 배치. 학습용 CSV/feather는 `data/data_for_modeling/` 참고.
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| 36 |
-
- 또는 Hugging Face 저장소에서 `data/` 폴더를 다운로드:
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| 37 |
-
```bash
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| 38 |
-
git clone https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction
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| 39 |
-
# 클론 후 visibility_prediction/data/ 폴더를 프로젝트의 data/ 위치로 복사하거나 사용
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| 40 |
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```
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| 41 |
-
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| 42 |
-
3) 오버샘플링 수행(SMOTE/CTGAN)
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| 44 |
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```bash
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| 45 |
-
cd Analysis_code/2.make_oversample_data
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| 46 |
-
# SMOTE만 사용하는 경우
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| 47 |
-
python smote_only/smote_sample_1.py
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| 48 |
-
# SMOTENC + CTGAN 사용하는 경우
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| 49 |
-
python smotenc_ctgan/smotenc_ctgan_sample_10000_1.py
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| 50 |
-
```
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| 51 |
-
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| 52 |
-
4) 모델 학습 또는 다운로드
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| 53 |
-
- **옵션 A: 직접 모델 생성**
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| 54 |
-
- GBDT 최적화/학습 예시(서울시):
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| 55 |
-
```bash
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| 56 |
-
cd Analysis_code/5.optima
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| 57 |
-
python lgb_smote/LGB_smote_seoul.py
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| 58 |
-
python xgb_smote/XGB_smote_seoul.py
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| 59 |
-
```
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| 60 |
-
- 딥러닝 모델 학습/평가: 노트북 실행(`Analysis_code/` 내 `.ipynb`)
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| 61 |
-
- **옵션 B: 사전 학습된 모델 사용**
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| 62 |
-
- Hugging Face 저장소에서 사전 학습된 모델 다운로드:
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| 63 |
-
```bash
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| 64 |
-
git clone https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction
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| 65 |
-
# 클론 후 visibility_prediction/save_model/ 폴더를 Analysis_code/save_model/ 위치로 복사
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| 66 |
-
```
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| 67 |
-
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| 68 |
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---
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| 69 |
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| 70 |
-
### 프로젝트 구조
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| 71 |
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| 72 |
-
```
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| 73 |
-
visibility_prediction/
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| 74 |
-
├── Analysis_code/
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| 75 |
-
│ ├── 1.data_preprocessing/ # 데이터 병합 및 전처리
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| 76 |
-
│ │ ├── 0.air_data_merge.ipynb
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| 77 |
-
│ │ ├── 1.data_merge.ipynb
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| 78 |
-
│ │ ├── 2.eda_preproccesing.ipynb
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| 79 |
-
│ │ └── 3.make_train_test.ipynb
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| 80 |
-
│ ├── 2.make_oversample_data/ # 오버샘플링 (SMOTE/CTGAN)
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| 81 |
-
│ │ ├── smote_only/ # SMOTE만 사용
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| 82 |
-
│ │ ├── only_ctgan/ # CTGAN만 사용
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| 83 |
-
│ │ └── smotenc_ctgan/ # SMOTENC + CTGAN 조합
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| 84 |
-
│ ├── 3.sampled_data_analysis/ # 샘플링 데이터 분석
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| 85 |
-
│ ├── 4.sampling_data_test/ # 샘플링 데이터 성능 테스트
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| 86 |
-
│ ├── 5.optima/ # 모델 최적화 및 학습
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| 87 |
-
│ │ ├── lgb_smote/ # LightGBM (SMOTE)
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| 88 |
-
│ │ ├── lgb_pure/ # LightGBM (원본 데이터)
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| 89 |
-
│ │ ├── lgb_ctgan10000/ # LightGBM (CTGAN 10000)
|
| 90 |
-
│ │ ├── lgb_smotenc_ctgan20000/ # LightGBM (SMOTENC+CTGAN 20000)
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| 91 |
-
│ │ ├── xgb_smote/ # XGBoost (SMOTE)
|
| 92 |
-
│ │ ├── xgb_pure/ # XGBoost (원본 데이터)
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| 93 |
-
│ │ ├── xgb_ctgan10000/ # XGBoost (CTGAN 10000)
|
| 94 |
-
│ │ ├── xgb_smotenc_ctgan20000/ # XGBoost (SMOTENC+CTGAN 20000)
|
| 95 |
-
│ │ ├── resnet_like_smote/ # ResNet-like (SMOTE)
|
| 96 |
-
│ │ ├── resnet_like_pure/ # ResNet-like (원본 데이터)
|
| 97 |
-
│ │ ├── resnet_like_ctgan10000/ # ResNet-like (CTGAN 10000)
|
| 98 |
-
│ │ ├── resnet_like_smotenc_ctgan20000/ # ResNet-like (SMOTENC+CTGAN 20000)
|
| 99 |
-
│ │ ├── ft_transformer_smote/ # FT-Transformer (SMOTE)
|
| 100 |
-
│ │ ├── ft_transformer_pure/ # FT-Transformer (원본 데이터)
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| 101 |
-
│ │ ├── ft_transformer_ctgan10000/ # FT-Transformer (CTGAN 10000)
|
| 102 |
-
│ │ ├── ft_transformer_smotenc_ctgan20000/ # FT-Transformer (SMOTENC+CTGAN 20000)
|
| 103 |
-
│ │ ├── deepgbm_smote/ # DeepGBM (SMOTE)
|
| 104 |
-
│ │ ├── deepgbm_pure/ # DeepGBM (원본 데이터)
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| 105 |
-
│ │ ├── deepgbm_ctgan10000/ # DeepGBM (CTGAN 10000)
|
| 106 |
-
│ │ └── deepgbm_smotenc_ctgan20000/ # DeepGBM (SMOTENC+CTGAN 20000)
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| 107 |
-
│ ├── 6.optima_models_analysis/ # 최적화된 모델 분석
|
| 108 |
-
│ ├── models/ # 딥러닝 모델 정의 및 저장
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| 109 |
-
│ │ ├── deepgbm.py
|
| 110 |
-
│ │ ├── ft_transformer.py
|
| 111 |
-
│ │ ├── resnet_like.py
|
| 112 |
-
│ │ ├── best_resnet_model.pth
|
| 113 |
-
│ │ └── tabnet_model.zip
|
| 114 |
-
│ ├── save_model/ # 학습된 모델 저장 (Hugging Face에서 다운로드 가능)
|
| 115 |
-
│ ├── optimization_history/ # 최적화 히스토리 (Hugging Face에서 다운로드 가능)
|
| 116 |
-
│ ├── visualization/ # 모델 시각화
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| 117 |
-
│ │ └── model_visualize.ipynb
|
| 118 |
-
│ ├── find_reason/ # 지역별 트렌드/원인 분석 노트북
|
| 119 |
-
│ ├── model_voting_test_best_sample/
|
| 120 |
-
│ │ └── ensemble__voting_best_sample.ipynb
|
| 121 |
-
│ └── final_test/
|
| 122 |
-
│ └── final.ipynb
|
| 123 |
-
├── data/
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| 124 |
-
│ ├── ASOS/ # 기상 데이터
|
| 125 |
-
│ ├── dataon/ # 대기오염 데이터(대용량 일자별 CSV)
|
| 126 |
-
│ ├── data_for_modeling/ # 지역별 train/test CSV 및 feather
|
| 127 |
-
│ ├── data_for_demo/
|
| 128 |
-
│ ├── data_oversampled/ # 오버샘플링된 데이터
|
| 129 |
-
│ │ ├── smote/
|
| 130 |
-
│ │ ├── ctgan7000/
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| 131 |
-
│ │ ├── ctgan10000/
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| 132 |
-
│ │ └── ctgan20000/
|
| 133 |
-
│ └── oversampled_data_test_for_model/ # 테스트용 오버샘플링 데이터
|
| 134 |
-
└── README.md
|
| 135 |
-
```
|
| 136 |
-
|
| 137 |
-
---
|
| 138 |
-
|
| 139 |
-
### 데이터 및 변수(Variables)
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| 140 |
-
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| 141 |
-
- 목표 변수
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| 142 |
-
- `visi`: 가시거리(연속값). 합성 표본 필터링 규칙에서 확인되는 구간 예시: class 0은 [0,100), class 1은 [100,500), class 2는 그 외 구간으로 사용됩니다.
|
| 143 |
-
- `multi_class`: 다중 분류 라벨(정수 0/1/2)
|
| 144 |
-
- `binary_class`: 이진 라벨. 규칙: `binary_class = 0 if multi_class == 2 else 1`
|
| 145 |
-
|
| 146 |
-
- 주요 피처 그룹(코드 기준)
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| 147 |
-
- 기상(ASOS): `temp_C`, `precip_mm`, `wind_speed`, `wind_dir`(정온→0 치환), `hm`, `vap_pressure`, `dewpoint_C`, `loc_pressure`, `sea_pressure`, `solarRad`, `snow_cm`, `cloudcover`(int), `lm_cloudcover`(int), `low_cloudbase`, `groundtemp`
|
| 148 |
-
- 대기오염(DataOn): `O3`, `NO2`, `PM10`, `PM25`
|
| 149 |
-
- 시간/주기: `year`(int), `month`(int), `hour`(int), `hour_sin`, `hour_cos`, `month_sin`, `month_cos`
|
| 150 |
-
- 파생: `ground_temp - temp_C`(지면-기온 차)
|
| 151 |
-
|
| 152 |
-
- 범주형 변수(모델/샘플링 관점)
|
| 153 |
-
- `wind_dir`, `cloudcover`, `lm_cloudcover`, 그리고 `int` 타입의 시간 변수(`year`, `month`, `hour`)는 SMOTENC/GBDT에서 범주형으로 취급됨(코드에서 `float64`가 아닌 열 인덱스 자동 탐지)
|
| 154 |
-
|
| 155 |
-
- 전처리 규칙(발췌)
|
| 156 |
-
- `wind_dir` 중 `'정온'`은 "0"으로 치환 후 정수형 변환
|
| 157 |
-
- `cloudcover, lm_cloudcover` 정수형 변환
|
| 158 |
-
- 학습 시 타깃/보조 열(`multi_class, binary_class`) 분리 후 필요 시 재계산
|
| 159 |
-
|
| 160 |
-
---
|
| 161 |
-
|
| 162 |
-
### EDA 및 전처리
|
| 163 |
-
|
| 164 |
-
- 병합/정리
|
| 165 |
-
- 인덱스 열 제거: `Unnamed: 0` 드롭
|
| 166 |
-
- 자료형 정합성: `cloudcover`, `lm_cloudcover` 정수형; `year`, `month`, `hour` 정수형
|
| 167 |
-
- 특수값 치환: `wind_dir == '정온'` → "0" 후 정수형 변환
|
| 168 |
-
|
| 169 |
-
- 특징 공학
|
| 170 |
-
- 주기형 인코딩: `hour_sin`, `hour_cos`, `month_sin`, `month_cos`
|
| 171 |
-
- 차분형 파생: `ground_temp - temp_C`
|
| 172 |
-
|
| 173 |
-
- 분포/트렌드 분석
|
| 174 |
-
- 지역별 시계열 트렌드: `Analysis_code/find_reason/*_trend.ipynb` (seoul, incheon, busan, daegu, daejeon, gwangju)
|
| 175 |
-
- 분포 비교/변화 감지: `Analysis_code/find_reason/wasserstein_distance.ipynb`(Wasserstein 거리 기반 분포 차이 정량화)
|
| 176 |
-
|
| 177 |
-
- 데이터 분할
|
| 178 |
-
- 지역 단위 데이터셋(`*_train.csv`, `*_test.csv`)
|
| 179 |
-
- 연도 기반 홀드아웃 3-Fold(2018–2020 조합)로 일반화 성능 검증
|
| 180 |
-
|
| 181 |
-
### 불균형 처리 및 합성 샘플링
|
| 182 |
-
|
| 183 |
-
- SMOTENC
|
| 184 |
-
- 범주형 인덱스: 입력 특성 중 `float64`가 아닌 열의 위치 인덱스 사용
|
| 185 |
-
- 샘플링 전략 예시: `{0: 10000, 1: 10000, 2: 기존 개수}` 또는 데이터 규모에 따라 `{0: 500/1000, 1: ceil(n1/100)*100, 2: n2}`
|
| 186 |
-
- 재계산: 샘플링 후 `multi_class`에서 `binary_class` 및 주기/차분 파생을 복구
|
| 187 |
-
|
| 188 |
-
- CTGAN(+Optuna)
|
| 189 |
-
- 클래스 0, 1을 대상으로 Optuna로 `embedding_dim, generator_dim, discriminator_dim, pac, batch_size, discriminator_steps` 탐색 후 합성
|
| 190 |
-
- 생성 표본 품질 필터: `class 0 → 0 ≤ visi < 100`, `class 1 → 100 ≤ visi < 500`
|
| 191 |
-
- 최종 합본 후 파생/보조 피처(`binary_class`, 주기/차분 항목) 복구
|
| 192 |
-
|
| 193 |
-
- 산출물
|
| 194 |
-
- `data/data_oversampled/smote/`, `data/data_oversampled/ctgan7000/`, `data/data_oversampled/ctgan10000/`, `data/data_oversampled/ctgan20000/` 하위에 지역별 CSV 저장
|
| 195 |
-
|
| 196 |
-
---
|
| 197 |
-
|
| 198 |
-
### 모델 아키텍처(상세)
|
| 199 |
-
|
| 200 |
-
- 딥러닝(tabular)
|
| 201 |
-
- `Analysis_code/models/resnet_like.py`
|
| 202 |
-
- 입력: `x_num [B, N_num]`, `x_cat [B, N_cat]` → concat → 입력선형(`d_main=128`) → 잔차블록(`n_blocks=4`, `d_hidden=64`, `dropout_first=0.25`) → 출력층
|
| 203 |
-
- 출력: `num_classes == 2 → 1 로짓`, `> 2 → K 로짓`
|
| 204 |
-
- `Analysis_code/models/ft_transformer.py`
|
| 205 |
-
- 수치: Linear(`num_features → d_token=192`), 범주: `cat_cardinalities`별 `nn.Embedding(d_token)` 후 합성
|
| 206 |
-
- 인코더: `TransformerEncoderLayer(d_model=d_token, nhead=8, dropout≈0.2)` × `n_blocks=6` → 평균 풀링 → 분류 헤드
|
| 207 |
-
- `Analysis_code/models/deepgbm.py`
|
| 208 |
-
- 수치 Linear(`d_main=128`) + 범주 임베딩 합산 → 잔차 MLP 블록(`n_blocks=4`, `d_hidden=64`, `dropout≈0.2`) → 분류 헤드
|
| 209 |
-
|
| 210 |
-
- GBDT
|
| 211 |
-
- LightGBM(`5.optima/lgb_smote/LGB_smote_seoul.py`): `objective='multiclassova'`, `n_estimators≈4000`, 조기종료, GPU 옵션 예시 존재, `hyperopt`로 `max_depth, min_child_weight, num_leaves, subsample, learning_rate` 탐색
|
| 212 |
-
- XGBoost(`5.optima/xgb_smote/XGB_smote_seoul.py`): `objective='multi:softprob'`, `tree_method='hist'`, `enable_categorical=True`, GPU 옵션, `hyperopt`로 핵심 하이퍼파라미터 탐색, `eval_metric=CSI`
|
| 213 |
-
|
| 214 |
-
---
|
| 215 |
-
|
| 216 |
-
### 하이퍼파라미터 최적화
|
| 217 |
-
|
| 218 |
-
모든 모델은 CSI(Critical Success Index) 점수를 최대화하는 방향으로 하이퍼파라미터를 최적화합니다. GBDT 모델은 `hyperopt`(TPE 알고리즘)를, 딥러닝 모델은 `Optuna`(TPE sampler)를 사용합니다.
|
| 219 |
-
|
| 220 |
-
#### LightGBM 하이퍼파라미터 탐색 범위
|
| 221 |
-
|
| 222 |
-
- **최적화 라이브러리**: `hyperopt` (TPE 알고리즘)
|
| 223 |
-
- **최적화 시도 횟수**: `max_evals=100`
|
| 224 |
-
- **평가 지표**: CSI (3-Fold 교차 검증 평균)
|
| 225 |
-
- **탐색 범위**:
|
| 226 |
-
- `learning_rate`: `hp.loguniform('learning_rate', np.log(0.01), np.log(0.2))` - 로그 균등 분포, 범위 [0.01, 0.2]
|
| 227 |
-
- `max_depth`: `hp.quniform('max_depth', 3, 15, 1)` - 정수형 균등 분포, 범위 [3, 15]
|
| 228 |
-
- `num_leaves`: `hp.quniform('num_leaves', 20, 150, 1)` - 정수형 균등 분포, 범위 [20, 150] (2^max_depth보다 작게 설정)
|
| 229 |
-
- `min_child_weight`: `hp.quniform('min_child_weight', 1, 20, 1)` - 정수형 균등 분포, 범위 [1, 20]
|
| 230 |
-
- `subsample`: `hp.uniform('subsample', 0.6, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.6, 1.0]
|
| 231 |
-
- `colsample_bytree`: `hp.uniform('colsample_bytree', 0.6, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.6, 1.0]
|
| 232 |
-
- `reg_alpha`: `hp.uniform('reg_alpha', 0.0, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.0, 1.0] (L1 정규화)
|
| 233 |
-
- `reg_lambda`: `hp.uniform('reg_lambda', 0.0, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.0, 1.0] (L2 정규화)
|
| 234 |
-
- **고정 파라미터**: `n_estimators=4000`, `early_stopping_rounds=400`, `device='gpu'`, `objective='multiclassova'`, `random_state=42`
|
| 235 |
-
|
| 236 |
-
#### XGBoost 하이퍼파라미터 탐색 범위
|
| 237 |
-
|
| 238 |
-
- **최적화 라이브러리**: `hyperopt` (TPE 알고리즘)
|
| 239 |
-
- **최적화 시도 횟수**: `max_evals=100`
|
| 240 |
-
- **평가 지표**: CSI (3-Fold 교차 검증 평균, 사용자 정의 `eval_metric_csi` 함수 사용)
|
| 241 |
-
- **탐색 범위**:
|
| 242 |
-
- `learning_rate`: `hp.loguniform('learning_rate', np.log(0.01), np.log(0.2))` - 로그 균등 분포, 범위 [0.01, 0.2]
|
| 243 |
-
- `max_depth`: `hp.quniform('max_depth', 3, 12, 1)` - 정수형 균등 분포, 범위 [3, 12]
|
| 244 |
-
- `min_child_weight`: `hp.quniform('min_child_weight', 1, 20, 1)` - 정수형 균등 분포, 범위 [1, 20]
|
| 245 |
-
- `gamma`: `hp.uniform('gamma', 0, 5)` - 균등 분포, 범위 [0, 5] (트리 분할을 위한 최소 손실 감소 값)
|
| 246 |
-
- `subsample`: `hp.uniform('subsample', 0.6, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.6, 1.0]
|
| 247 |
-
- `colsample_bytree`: `hp.uniform('colsample_bytree', 0.6, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.6, 1.0]
|
| 248 |
-
- `reg_alpha`: `hp.uniform('reg_alpha', 0.0, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.0, 1.0] (L1 정규화)
|
| 249 |
-
- `reg_lambda`: `hp.uniform('reg_lambda', 0.0, 1.0)` - 균등 분포, 범위 [0.0, 1.0] (L2 정규화)
|
| 250 |
-
- **고정 파라미터**: `n_estimators=4000`, `early_stopping_rounds=400`, `tree_method='hist'`, `device='cuda'`, `enable_categorical=True`, `objective='multi:softprob'`, `random_state=42`
|
| 251 |
-
|
| 252 |
-
#### FT-Transformer 하이퍼파라미터 탐색 범위
|
| 253 |
-
|
| 254 |
-
- **최적화 라이브러리**: `Optuna` (TPE sampler)
|
| 255 |
-
- **최적화 시도 횟수**: `n_trials=100`
|
| 256 |
-
- **Pruning**: `MedianPruner(n_warmup_steps=10)` - 초반 10 에폭은 관찰 후 이후 가지치기
|
| 257 |
-
- **평가 지표**: CSI (3-Fold 교차 검증 평균)
|
| 258 |
-
- **탐색 범위**:
|
| 259 |
-
- `d_token`: `trial.suggest_int("d_token", 64, 256, step=32)` - 정수형, 범위 [64, 256], 32 단위 증가 (64, 96, 128, 160, 192, 224, 256)
|
| 260 |
-
- `n_blocks`: `trial.suggest_int("n_blocks", 2, 6)` - 정수��, 범위 [2, 6] (깊이 축소로 과적합 방지)
|
| 261 |
-
- `n_heads`: `trial.suggest_categorical("n_heads", [4, 8])` - 범주형, 선택지 [4, 8]
|
| 262 |
-
- `attention_dropout`: `trial.suggest_float("attention_dropout", 0.1, 0.4)` - 실수형, 범위 [0.1, 0.4]
|
| 263 |
-
- `ffn_dropout`: `trial.suggest_float("ffn_dropout", 0.1, 0.4)` - 실수형, 범위 [0.1, 0.4]
|
| 264 |
-
- `lr` (learning_rate): `trial.suggest_float("lr", 1e-5, 1e-2, log=True)` - 로그 스케일 실수형, 범위 [1e-5, 1e-2]
|
| 265 |
-
- `weight_decay`: `trial.suggest_float("weight_decay", 1e-4, 1e-1, log=True)` - 로그 스케일 실수형, 범위 [1e-4, 1e-1]
|
| 266 |
-
- `batch_size`: `trial.suggest_categorical("batch_size", [32, 64, 128, 256])` - 범주형, 선택지 [32, 64, 128, 256]
|
| 267 |
-
- **구조적 제약**: `d_token`은 `n_heads`의 배수여야 함 (코드에서 자동 조정)
|
| 268 |
-
- **고정 파라미터**: `num_classes=3`, `optimizer='AdamW'`, `epochs=200`, `patience=12`, `scheduler='ReduceLROnPlateau'` (factor=0.5, patience=3), `random_state=42`
|
| 269 |
-
|
| 270 |
-
#### ResNet-like 하이퍼파라미터 탐색 범위
|
| 271 |
-
|
| 272 |
-
- **최적화 라이브러리**: `Optuna` (TPE sampler)
|
| 273 |
-
- **최적화 시도 횟수**: `n_trials=100`
|
| 274 |
-
- **Pruning**: `MedianPruner(n_warmup_steps=10)` - 초반 10 에폭은 관찰 후 이후 가지치기
|
| 275 |
-
- **평가 지표**: CSI (3-Fold 교차 검증 평균)
|
| 276 |
-
- **탐색 범위**:
|
| 277 |
-
- `d_main`: `trial.suggest_int("d_main", 64, 256, step=32)` - 정수형, 범위 [64, 256], 32 단위 증가 (64, 96, 128, 160, 192, 224, 256)
|
| 278 |
-
- `d_hidden`: `trial.suggest_int("d_hidden", 64, 512, step=64)` - 정수형, 범위 [64, 512], 64 단위 증가 (64, 128, 192, 256, 320, 384, 448, 512)
|
| 279 |
-
- `n_blocks`: `trial.suggest_int("n_blocks", 2, 5)` - 정수형, 범위 [2, 5] (너무 깊지 않게 조절)
|
| 280 |
-
- `dropout_first`: `trial.suggest_float("dropout_first", 0.1, 0.4)` - 실수형, 범위 [0.1, 0.4]
|
| 281 |
-
- `dropout_second`: `trial.suggest_float("dropout_second", 0.0, 0.2)` - 실수형, 범위 [0.0, 0.2]
|
| 282 |
-
- `lr` (learning_rate): `trial.suggest_float("lr", 1e-5, 1e-2, log=True)` - 로그 스케일 실수형, 범위 [1e-5, 1e-2]
|
| 283 |
-
- `weight_decay`: `trial.suggest_float("weight_decay", 1e-4, 1e-1, log=True)` - 로그 스케일 실수형, 범위 [1e-4, 1e-1]
|
| 284 |
-
- `batch_size`: `trial.suggest_categorical("batch_size", [32, 64, 128, 256])` - 범주형, 선택지 [32, 64, 128, 256]
|
| 285 |
-
- **고정 파라미터**: `num_classes=3`, `optimizer='AdamW'`, `epochs=200`, `patience=12`, `scheduler='ReduceLROnPlateau'` (factor=0.5, patience=3), `random_state=42`
|
| 286 |
-
|
| 287 |
-
#### DeepGBM 하이퍼파라미터 탐색 범위
|
| 288 |
-
|
| 289 |
-
- **최적화 라이브러리**: `Optuna` (TPE sampler)
|
| 290 |
-
- **최적화 시도 횟수**: `n_trials=100`
|
| 291 |
-
- **Pruning**: `MedianPruner(n_warmup_steps=10)` - 초반 10 에폭은 관찰 후 이후 가지치기
|
| 292 |
-
- **평가 지표**: CSI (3-Fold 교차 검증 평균)
|
| 293 |
-
- **탐색 범위**:
|
| 294 |
-
- `d_main`: `trial.suggest_int("d_main", 64, 256, step=32)` - 정수형, 범위 [64, 256], 32 단위 증가 (64, 96, 128, 160, 192, 224, 256)
|
| 295 |
-
- `d_hidden`: `trial.suggest_int("d_hidden", 64, 256, step=64)` - 정수형, 범위 [64, 256], 64 단위 증가 (64, 128, 192, 256)
|
| 296 |
-
- `n_blocks`: `trial.suggest_int("n_blocks", 2, 6)` - 정수형, 범위 [2, 6]
|
| 297 |
-
- `dropout`: `trial.suggest_float("dropout", 0.1, 0.4)` - 실수형, 범위 [0.1, 0.4]
|
| 298 |
-
- `lr` (learning_rate): `trial.suggest_float("lr", 1e-5, 1e-2, log=True)` - 로그 스케일 실수형, 범위 [1e-5, 1e-2]
|
| 299 |
-
- `weight_decay`: `trial.suggest_float("weight_decay", 1e-4, 1e-1, log=True)` - 로그 스케일 실수형, 범위 [1e-4, 1e-1]
|
| 300 |
-
- `batch_size`: `trial.suggest_categorical("batch_size", [32, 64, 128, 256])` - 범주형, 선택지 [32, 64, 128, 256]
|
| 301 |
-
- **고정 파라미터**: `num_classes=3`, `optimizer='AdamW'`, `epochs=200`, `patience=12`, `scheduler='ReduceLROnPlateau'` (factor=0.5, patience=3), `random_state=42`
|
| 302 |
-
|
| 303 |
-
#### 공통 최적화 설정
|
| 304 |
-
|
| 305 |
-
- **교차 검증**: 모든 모델은 연도 기반 3-Fold 홀드아웃 교차 검증 사용
|
| 306 |
-
- Fold 1: Train [2018, 2019] → Val 2020
|
| 307 |
-
- Fold 2: Train [2018, 2020] → Val 2019
|
| 308 |
-
- Fold 3: Train [2019, 2020] → Val 2018
|
| 309 |
-
- **평가 지표**: CSI (Critical Success Index) - 모든 fold의 평균 CSI를 최적화 목표로 사용
|
| 310 |
-
- **최적화 알고리즘**: TPE (Tree-structured Parzen Estimator)
|
| 311 |
-
- **재현성**: `random_state=42` 고정
|
| 312 |
-
|
| 313 |
-
---
|
| 314 |
-
|
| 315 |
-
### 학습/검증 전략
|
| 316 |
-
|
| 317 |
-
- 연도 기반 홀드아웃 3-Fold(예시)
|
| 318 |
-
- Fold1: Train 2018–2019 → Val 2020
|
| 319 |
-
- Fold2: Train 2018–2020 → Val 2019
|
| 320 |
-
- Fold3: Train 2019–2020 → Val 2018
|
| 321 |
-
- 지역 단위로 별도 학습(예: `seoul_train.csv` 등)
|
| 322 |
-
|
| 323 |
-
---
|
| 324 |
-
|
| 325 |
-
### 평가 지표
|
| 326 |
-
|
| 327 |
-
- 사용자 정의 CSI(Critical Success Index) 다중분류 버전
|
| 328 |
-
|
| 329 |
-
```python
|
| 330 |
-
H = cm[0, 0] + cm[1, 1]
|
| 331 |
-
F = (cm[1, 0] + cm[2, 0] + cm[0, 1] + cm[2, 1])
|
| 332 |
-
M = (cm[0, 2] + cm[1, 2])
|
| 333 |
-
CSI = H / (H + F + M + 1e-10)
|
| 334 |
-
```
|
| 335 |
-
|
| 336 |
-
- 그 외: 정확도, F1 등 노트북/스크립트에서 병행 확인
|
| 337 |
-
|
| 338 |
-
---
|
| 339 |
-
|
| 340 |
-
### 실행 방법(상세)
|
| 341 |
-
|
| 342 |
-
- 환경 준비
|
| 343 |
-
- Python 3.8+ 권장, CUDA 지원 시 GPU 사용 가능(CTGAN/GBDT 속도 향상)
|
| 344 |
-
- LightGBM GPU가 미설치라면 `pip install lightgbm`으로 CPU 버전 사용 또는 GPU 빌드 필요
|
| 345 |
-
|
| 346 |
-
- 데이터 준비
|
| 347 |
-
- `data/ASOS/`: 연도별 기상 원천
|
| 348 |
-
- `data/dataon/`: 대기오염 일자별 CSV(대용량)
|
| 349 |
-
- `data/data_for_modeling/`: 지역별 학습/평가 세트(`*_train.csv`, `*_test.csv`, `df_*.feather`)
|
| 350 |
-
- **Hugging Face에서 다운로드**: 전체 `data/` 폴더를 [Hugging Face 저장소](https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction/tree/main/data)에서 다운로드 가능
|
| 351 |
-
```bash
|
| 352 |
-
git clone https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction
|
| 353 |
-
# 클론 후 visibility_prediction/data/ 폴더를 프로젝트의 data/ 위치로 복사
|
| 354 |
-
```
|
| 355 |
-
|
| 356 |
-
- 전처리/탐색
|
| 357 |
-
- `Analysis_code/1.data_preprocessing/0.air_data_merge.ipynb` → `1.data_preprocessing/1.data_merge.ipynb` → `1.data_preprocessing/2.eda_preproccesing.ipynb` → `1.data_preprocessing/3.make_train_test.ipynb`
|
| 358 |
-
|
| 359 |
-
- 오버샘플링
|
| 360 |
-
- `Analysis_code/2.make_oversample_data/`에서 스크립트 실행(상단 TL;DR 참조)
|
| 361 |
-
|
| 362 |
-
- GBDT 최적화/학습
|
| 363 |
-
- **옵션 1: 직접 모델 생성**
|
| 364 |
-
- `Analysis_code/5.optima/lgb_smote/LGB_smote_seoul.py`, `5.optima/xgb_smote/XGB_smote_seoul.py` 실행하여 모델 학습
|
| 365 |
-
- 산출 모델은 `Analysis_code/save_model/` 하위에 `.pkl`로 저장
|
| 366 |
-
- 각 모델별로 지역별 스크립트가 존재 (seoul, incheon, busan, daegu, daejeon, gwangju)
|
| 367 |
-
- **옵션 2: 사전 학습된 모델 사용**
|
| 368 |
-
- Hugging Face 저장소에서 사전 학습된 모델과 최적화 히스토리 다운로드 가능
|
| 369 |
-
- `save_model/`: [Hugging Face 저장소](https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction/tree/main/save_model)에서 사전 학습된 모델 다운로드
|
| 370 |
-
- `optimization_history/`: [Hugging Face 저장소](https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction/tree/main/optimization_history)에서 최적화 히스토리 파일 다운로드
|
| 371 |
-
```bash
|
| 372 |
-
git clone https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction
|
| 373 |
-
# 클론 후 visibility_prediction/save_model/ 및 visibility_prediction/optimization_history/ 폴더를
|
| 374 |
-
# 각각 Analysis_code/save_model/ 및 Analysis_code/optimization_history/ 위치로 복사
|
| 375 |
-
```
|
| 376 |
-
|
| 377 |
-
- 딥러닝 학습
|
| 378 |
-
- **옵션 1: 직접 모델 생성**
|
| 379 |
-
- `Analysis_code/5.optima/` 하위의 각 모델 폴더(`resnet_like_*`, `ft_transformer_*`, `deepgbm_*`)에서 지역별 스크립트 실행
|
| 380 |
-
- 예: `5.optima/resnet_like_smote/resnet_like_smote_seoul.py`
|
| 381 |
-
- 모델 정의는 `Analysis_code/models/` 폴더에 있음 (`deepgbm.py`, `ft_transformer.py`, `resnet_like.py`)
|
| 382 |
-
- 시각화: `Analysis_code/visualization/model_visualize.ipynb`로 시각화
|
| 383 |
-
- **옵션 2: 사전 학습된 모델 사용**
|
| 384 |
-
- Hugging Face 저장소의 `save_model/` 폴더에서 사전 학습된 딥러닝 모델 다운로드 가능
|
| 385 |
-
- [Hugging Face 저장소](https://huggingface.co/bong9513/visibility_prediction/tree/main/save_model)에서 해당 모델 파일 다운로드 후 사용
|
| 386 |
-
|
| 387 |
-
- 앙상블/최종 평가
|
| 388 |
-
- `Analysis_code/model_voting_test_best_sample/ensemble__voting_best_sample.ipynb`
|
| 389 |
-
- `Analysis_code/final_test/final.ipynb`
|
| 390 |
-
|
| 391 |
-
---
|
| 392 |
-
|
| 393 |
-
### 모델 입출력 규격(요약)
|
| 394 |
-
|
| 395 |
-
- 수치 입력 `x_num`: `float32` 텐서 `[batch, num_numeric_features]`
|
| 396 |
-
- 범주 입력 `x_cat`: 정수 인덱스 텐서 `[batch, num_categorical_features]`
|
| 397 |
-
- 출력: 이진(1 로짓) 또는 다중분류(K 로짓). 손실/임계값은 노트북 내 설정 참고
|
| 398 |
-
|
| 399 |
-
---
|
| 400 |
-
|
| 401 |
-
### 재현성/시드
|
| 402 |
-
|
| 403 |
-
- `random_state=42`(SMOTENC), 모델 스크립트 내 `random_state=120` 등의 고정값 사용
|
| 404 |
-
- 데이터/하드웨어 차이에 따라 재현률이 다를 수 있으므로 fold/seed를 명시적으로 설정 권장
|
| 405 |
-
|
| 406 |
-
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| 407 |
-
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| 408 |
-
### 주의/트러블슈팅
|
| 409 |
-
|
| 410 |
-
- `5.optima/lgb_smote/LGB_smote_seoul.py`의 `sys.path.append(...)`는 환경 의존적 경로입니다. 일반 환경에서는 제거해도 `from lightgbm import LGBMClassifier`가 동작해야 합니다.
|
| 411 |
-
- 스크립트는 상대 경로를 가정합니다. 실행 전 현재 작업 디렉터리가 `Analysis_code/5.optima/` 하위인지 확인하세요.
|
| 412 |
-
- `wind_dir`의 `'정온'` 값 치환/형변환이 누락되면 GBDT/XGB에서 오류가 발생할 수 있습니다.
|
| 413 |
-
- `dataon/`은 매우 대용량입니다. 메모리 여유를 확보하거나 연도/지역 단위로 처리하세요.
|
| 414 |
-
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| 415 |
-
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| 416 |
-
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| 417 |
-
### 의존성
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| 418 |
-
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| 419 |
-
- Python 3.8+
|
| 420 |
-
- PyTorch, pandas, numpy, scikit-learn, imbalanced-learn, optuna, ctgan, xgboost, lightgbm, joblib, matplotlib, seaborn, hyperopt
|
| 421 |
-
|
| 422 |
-
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| 423 |
-
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| 424 |
-
### 라이선스/인용
|
| 425 |
-
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| 426 |
-
- 라이선스: 추후 업데이트 예정
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| 427 |
-
- 본 프로젝트/결과물을 인용 시 `visibility_prediction` 저장소와 사용된 데이터 소스(ASOS, DataOn)를 명시해 주세요.
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