在 Azure 机器学习中使用表

适用范围:Azure CLI ml 扩展 v2(最新版)Python SDK azure-ai-ml v2(最新版)

Azure 机器学习支持表类型 (mltable)。 这允许创建蓝图,用于定义如何将数据文件作为 Pandas 或 Spark 数据帧加载到内存中。 本文内容:

  • 使用 Azure 机器学习表而不是文件或文件夹的时间
  • 如何安装 mltable SDK
  • 如何使用 mltable 文件定义数据加载蓝图
  • 显示如何在 Azure 机器学习中使用 mltable 的示例
  • 如何在交互开发过程中使用 mltable(例如,在笔记本中)

先决条件

重要

确保在 Python 环境中安装了最新的 mltable 包:

pip install -U mltable azureml-dataprep[pandas]

克隆示例存储库

本文中的代码片段基于 Azure 机器学习示例 GitHub 存储库中的示例。 若要将存储库克隆到开发环境,请使用此命令:

git clone --depth 1 https://github.com/Azure/azureml-examples

提示

使用 --depth 1 以便仅克隆提交到存储库的最新内容。 这可以减少完成操作所需的时间。

可以在克隆存储库的此文件夹中找到与 Azure 机器学习表相关的示例:

cd azureml-examples/sdk/python/using-mltable

简介

使用 Azure 机器学习表 (mltable),可以定义要将数据文件作为 Pandas 和/或 Spark 数据帧加载到内存中的方式。 表有两个主要功能:

  1. MLTable 文件。 定义数据加载蓝图的基于 YAML 的文件。 在 MLTable 文件中,可以指定:
    • 数据的一个或多个存储位置 - 本地、云中或公共 http 服务器上。
    • 云存储的通配模式。 这些位置可以指定具有通配符 (*) 的文件名集。
    • 读取转换 - 例如,文件格式类型(带分隔符的文本、Parquet、Delta、json)、分隔符、标头等。
    • 列类型转换(以强制使用架构)。
    • 使用文件夹结构信息创建新列 - 例如,使用路径中的 {year}/{month} 文件夹结构创建年和月列。
    • 要加载的数据子集 - 例如,筛选行、保留/删除列、随机采样。
  2. 快速高效的引擎,用于根据 MLTable 文件中定义的蓝图将数据加载到 Pandas 或 Spark 数据帧。 引擎依赖于 Rust 实现高速和内存效率。

Azure 机器学习表在以下方案中很有用:

  • 需要对存储位置进行 glob 操作。
  • 需要使用来自不同存储位置(例如,不同的 blob 容器)的数据创建表。
  • 路径包含要在数据中捕获的相关信息(例如,日期和时间)。
  • 数据架构经常更改。
  • 你希望数据加载步骤易于重现
  • 只需要大型数据的一部分。
  • 数据包含要流式传输到 Python 会话的存储位置。 例如,你想要在以下 JSON 行结构中流式传输 path[{"path": "abfss://fs@account.dfs.core.chinacloudapi.cn/my-images/cats/001.jpg", "label":"cat"}]
  • 你想要使用 Azure 机器学习 AutoML 训练 ML 模型。

提示

对于表格数据,Azure 机器学习不需要将 Azure 机器学习表 (mltable)。 可以使用 Azure 机器学习文件(uri_file)和文件夹(uri_folder)类型,并且你自己的分析逻辑会将数据加载到 Pandas 或 Spark 数据帧中。

对于简单的 CSV 文件或 Parquet 文件夹,使用 Azure 机器学习文件/文件夹比使用表更容易

Azure 机器学习表快速入门

在本快速入门中,你将从 Azure 开放数据集创建一个纽约市绿色出租车数据表 (mltable)。 数据采用 parquet 格式,涵盖范围为 2008-2021 年。 在可公开访问的 Blob 存储帐户上,数据文件具有此文件夹结构:

/
└── green
    ├── puYear=2008
    │   ├── puMonth=1
    │   │   ├── _committed_2983805876188002631
    │   │   └── part-XXX.snappy.parquet
    │   ├── ...
    │   └── puMonth=12
    │       ├── _committed_2983805876188002631
    │       └── part-XXX.snappy.parquet
    ├── ...
    └── puYear=2021
        ├── puMonth=1
        │   ├── _committed_2983805876188002631
        │   └── part-XXX.snappy.parquet
        ├── ...
        └── puMonth=12
            ├── _committed_2983805876188002631
            └── part-XXX.snappy.parquet

使用此数据,需要加载到 Pandas 数据帧中:

  • 仅 2015-19 年的 parquet 文件
  • 数据的随机示例
  • 仅限 rip 距离大于 0 的行
  • 机器学习的相关列
  • 新列 - 年和月 - 使用路径信息 (puYear=X/puMonth=Y)

Pandas 代码处理此问题。 但是,实现可重现性将变得很困难,因为必须:

  • 共享代码,这意味着如果架构更改(例如,列名称可能更改),则所有用户都必须更新其代码
  • 编写具有大量开销的 ETL 管道

Azure 机器学习表提供了轻量级机制,可在 MLTable 文件中序列化(保存)数据加载步骤。 然后,你和团队成员可以重现 Pandas 数据帧。 如果架构发生更改,请仅更新 MLTable 文件,而不是在涉及 Python 数据加载代码的许多位置进行更新。

克隆快速入门笔记本或创建新的笔记本/脚本

如果使用 IDE,则应创建新的 Python 脚本。

此外,快速入门笔记本在 Azure 机器学习示例 GitHub 存储库中提供。 使用此代码克隆和访问笔记本:

git clone --depth 1 https://github.com/Azure/azureml-examples
cd azureml-examples/sdk/python/using-mltable/quickstart

安装 mltable Python SDK

若要将纽约市绿色出租车数据加载到 Azure 机器学习表,必须使用以下命令在 Python 环境中安装 mltable Python SDK 和 pandas

pip install -U mltable azureml-dataprep[pandas]

创作 MLTable 文件

使用 mltable Python SDK 创建 MLTable 文件,以记录数据加载蓝图。 为此,请将以下代码复制并粘贴到笔记本/脚本中,然后执行该代码:

import mltable

# glob the parquet file paths for years 2015-19, all months.
paths = [
    {
        "pattern": "wasbs://nyctlc@azureopendatastorage.blob.core.chinacloudapi.cn/green/puYear=2015/puMonth=*/*.parquet"
    },
    {
        "pattern": "wasbs://nyctlc@azureopendatastorage.blob.core.chinacloudapi.cn/green/puYear=2016/puMonth=*/*.parquet"
    },
    {
        "pattern": "wasbs://nyctlc@azureopendatastorage.blob.core.chinacloudapi.cn/green/puYear=2017/puMonth=*/*.parquet"
    },
    {
        "pattern": "wasbs://nyctlc@azureopendatastorage.blob.core.chinacloudapi.cn/green/puYear=2018/puMonth=*/*.parquet"
    },
    {
        "pattern": "wasbs://nyctlc@azureopendatastorage.blob.core.chinacloudapi.cn/green/puYear=2019/puMonth=*/*.parquet"
    },
]

# create a table from the parquet paths
tbl = mltable.from_parquet_files(paths)

# table a random sample
tbl = tbl.take_random_sample(probability=0.001, seed=735)

# filter trips with a distance > 0
tbl = tbl.filter("col('tripDistance') > 0")

# Drop columns
tbl = tbl.drop_columns(["puLocationId", "doLocationId", "storeAndFwdFlag"])

# Create two new columns - year and month - where the values are taken from the path
tbl = tbl.extract_columns_from_partition_format("/puYear={year}/puMonth={month}")

# print the first 5 records of the table as a check
tbl.show(5)

可以选择将 MLTable 对象加载到 Pandas 中,使用:

# You can load the table into a pandas dataframe
# NOTE: The data is in China East 2 region and the data is large, so this will take several minutes (~7mins)
# to load if you are in a different region.

# df = tbl.to_pandas_dataframe()

保存数据加载步骤

接下来,将所有数据加载步骤保存到 MLTable 文件中。 通过将数据加载步骤保存在 MLTable 文件中,可以在以后的时间点重现 Pandas 数据帧,而无需每次重新定义代码。

可以将 MLTable yaml 文件保存到云存储资源,也可以将其保存到本地路径资源。

# save the data loading steps in an MLTable file to a cloud storage resource
# NOTE: the tbl object was defined in the previous snippet.
tbl.save(path="azureml://subscriptions/<subid>/resourcegroups/<rgname>/workspaces/<wsname>/datastores/<name>/paths/titanic", colocated=True, show_progress=True, overwrite=True)
# save the data loading steps in an MLTable file to a local resource
# NOTE: the tbl object was defined in the previous snippet.
tbl.save("./titanic")

重要

  • 如果并置 == True,则将数据复制到 MLTable yaml 文件所在的同一文件夹中(如果它们当前未并置),我们将在 MLTable yaml 中使用相对路径。
  • 如果并置 == False,则不会移动数据,并且对云数据使用绝对路径,对本地数据使用相对路径。
  • 我们不支持此参数组合:数据存储在本地资源中,并置 == False,path 面向云目录。 请将本地数据上传到云,并改用 MLTable 的云数据路径。

重现数据加载步骤

现在,已将数据加载步骤序列化为文件,就可以使用 load() 方法在任意时间点重现这些步骤。 这样,无需在代码中重新定义数据加载步骤,即可更轻松地共享文件。

import mltable

# load the previously saved MLTable file
tbl = mltable.load("./nyc_taxi/")
tbl.show(5)

# You can load the table into a pandas dataframe
# NOTE: The data is in China East 2 region and the data is large, so this will take several minutes (~7mins)
# to load if you are in a different region.

# load the table into pandas
# df = tbl.to_pandas_dataframe()

# print the head of the data frame
# df.head()
# print the shape and column types of the data frame
# print(f"Shape: {df.shape}")
# print(f"Columns:\n{df.dtypes}")

创建数据资产以帮助共享和可重现性

你可能已将 MLTable 文件当前保存在磁盘上,因此很难将其与团队成员共享。 在 Azure 机器学习中创建数据资产时,MLTable 会上传到云存储并“加入书签”。然后,团队成员即可使用易记名称访问 MLTable。 此外,数据资产也会进行版本控制。

az ml data create --name green-quickstart --version 1 --path ./nyc_taxi --type mltable

注意

路径指向包含 MLTable 文件的文件夹。

在交互式会话中读取数据资产

现在,你已将 MLTable 存储在云中,你和团队成员可以在交互式会话(例如,笔记本)中使用易记名称访问它:

import mltable
from azure.ai.ml import MLClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential

# connect to the AzureML workspace
# NOTE: the subscription_id, resource_group, workspace variables are set
# in a previous code snippet.
ml_client = MLClient(
    DefaultAzureCredential(), subscription_id, resource_group, workspace
)

# get the latest version of the data asset
# Note: The version was set in the previous snippet. If you changed the version
# number, update the VERSION variable below.
VERSION="1"
data_asset = ml_client.data.get(name="green-quickstart", version=VERSION)

# create a table
tbl = mltable.load(f"azureml:/{data_asset.id}")
tbl.show(5)

# load into pandas
# NOTE: The data is in East US region and the data is large, so this will take several minutes (~7mins) to load if you are in a different region.
df = tbl.to_pandas_dataframe()

读取作业中的数据资产

如果你或团队成员想要访问作业中的表,Python 训练脚本将包含:

# ./src/train.py
import argparse
import mltable

# parse arguments
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--input', help='mltable to read')
args = parser.parse_args()

# load mltable
tbl = mltable.load(args.input)

# load into pandas
df = tbl.to_pandas_dataframe()

作业需要包含 Python 包依赖项的 Conda 文件:

# ./conda_dependencies.yml
dependencies:
  - python=3.10
  - pip=21.2.4
  - pip:
      - mltable
      - azureml-dataprep[pandas]

可以使用以下方法提交作业:

创建以下作业 YAML 文件:

# mltable-job.yml
$schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/commandJob.schema.json

code: ./src

command: python train.py --input ${{inputs.green}}
inputs:
    green:
      type: mltable
      path: azureml:green-quickstart:1

compute: cpu-cluster

environment:
  image: mcr.microsoft.com/azureml/openmpi4.1.0-ubuntu20.04
  conda_file: conda_dependencies.yml

在 CLI 中,创建作业:

az ml job create -f mltable-job.yml

创作 MLTable 文件

若要直接创建 MLTable 文件,建议使用 mltable Python SDK 创作 MLTable 文件(如 Azure 机器学习表快速入门中所示),而不是使用文本编辑器。 在此部分中,我们将概括介绍 mltable Python SDK 中的功能。

支持的文件类型

可以使用一系列不同的文件类型创建 MLTable:

文件类型 MLTable Python SDK
带分隔符的文本
(例如,CSV 文件)
from_delimited_files(paths=[path])
Parquet from_parquet_files(paths=[path])
Delta Lake from_delta_lake(delta_table_uri=<uri_pointing_to_delta_table_directory>,timestamp_as_of='2022-08-26T00:00:00Z')
JSON 行 from_json_lines_files(paths=[path])
路径
(创建包含要流式传输的路径的列的表)
from_paths(paths=[path])

有关详细信息,请阅读 MLTable 参考资源

定义路径

对于带分隔符的文本、parquet、JSON 行和路径,请定义一个 Python 字典列表,用于定义要从中读取的一条或多条路径:

import mltable

# A List of paths to read into the table. The paths are a python dict that define if the path is
# a file, folder, or (glob) pattern.
paths = [
    {
        "file": "<supported_path>"
    }
]

tbl = mltable.from_delimited_files(paths=paths)

# alternatively
# tbl = mltable.from_parquet_files(paths=paths)
# tbl = mltable.from_json_lines_files(paths=paths)
# tbl = mltable.from_paths(paths=paths)

MLTable 支持以下路径类型:

位置 示例
本地计算机上的路径 ./home/username/data/my_data
公共 http (s) 服务器上的路径 https://raw.githubusercontent.com/pandas-dev/pandas/main/doc/data/titanic.csv
Azure 存储上的路径 wasbs://<container_name>@<account_name>.blob.core.chinacloudapi.cn/<path>
abfss://<file_system>@<account_name>.dfs.core.chinacloudapi.cn/<path>
一个长格式 Azure 机器学习数据存储 azureml://subscriptions/<subid>/resourcegroups/<rgname>/workspaces/<wsname>/datastores/<name>/paths/<path>

注意

mltable 处理 Azure 存储和 Azure 机器学习数据存储上的路径的用户凭据直通。 如果你对底层存储上的数据没有权限,则无法访问这些数据。

有关定义 Delta Lake 表路径的说明

与其他文件类型相比,定义用于读取 Delta Lake 表的路径有所不同。 对于 Delta Lake 表,路径指向包含“_delta_log”文件夹和数据文件的单个文件夹(通常位于 ADLS gen2 上)。 支持时间行程。 以下代码演示如何定义 Delta Lake 表的路径:

import mltable

# define the cloud path containing the delta table (where the _delta_log file is stored)
delta_table = "abfss://<file_system>@<account_name>.dfs.core.chinacloudapi.cn/<path_to_delta_table>"

# create an MLTable. Note the timestamp_as_of parameter for time travel.
tbl = mltable.from_delta_lake(
    delta_table_uri=delta_table,
    timestamp_as_of='2022-08-26T00:00:00Z'
)

若要获取最新版本的 Delta Lake 数据,可以将当前时间戳传递给 timestamp_as_of

import mltable

# define the relative path containing the delta table (where the _delta_log file is stored)
delta_table_path = "./working-directory/delta-sample-data"

# get the current timestamp in the required format
current_timestamp = time.strftime("%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ", time.gmtime())
print(current_timestamp)
tbl = mltable.from_delta_lake(delta_table_path, timestamp_as_of=current_timestamp)
df = tbl.to_pandas_dataframe()

重要

限制:mltable 不支持从 Delta Lake 读取数据时进行分区键提取。 通过 mltable 读取 Delta Lake 数据时,mltable 转换 extract_columns_from_partition_format 不起作用。

重要

mltable 处理 Azure 存储和 Azure 机器学习数据存储上的路径的用户凭据直通。 如果你对底层存储上的数据没有权限,则无法访问这些数据。

文件、文件夹和 glob

Azure 机器学习表支持从以下位置读取:

  • 文件,例如 abfss://<file_system>@<account_name>.dfs.core.chinacloudapi.cn/my-csv.csv
  • 文件夹,例如 abfss://<file_system>@<account_name>.dfs.core.chinacloudapi.cn/my-folder/
  • glob 模式,例如 abfss://<file_system>@<account_name>.dfs.core.chinacloudapi.cn/my-folder/*.csv
  • 文件、文件夹和 glob 模式的组合

支持的数据加载转换

MLTable 参考文档中查找受支持的数据加载转换的最新完整详细信息。

示例

本文中的代码片段基于 Azure 机器学习示例 GitHub 存储库中的示例。 使用此命令将存储库克隆到开发环境:

git clone --depth 1 https://github.com/Azure/azureml-examples

提示

使用 --depth 1 以便仅克隆提交到存储库的最新内容。 这可以减少完成操作所需的时间。

此克隆存储库文件夹托管与 Azure 机器学习表相关的示例:

cd azureml-examples/sdk/python/using-mltable

带分隔符的文件

首先,使用以下代码从 CSV 文件创建 MLTable:

import mltable
from mltable import MLTableHeaders, MLTableFileEncoding, DataType

# create paths to the data files
paths = [{"file": "wasbs://data@azuremlexampledata.blob.core.chinacloudapi.cn/titanic.csv"}]

# create an MLTable from the data files
tbl = mltable.from_delimited_files(
    paths=paths,
    delimiter=",",
    header=MLTableHeaders.all_files_same_headers,
    infer_column_types=True,
    include_path_column=False,
    encoding=MLTableFileEncoding.utf8,
)

# filter out rows undefined ages
tbl = tbl.filter("col('Age') > 0")

# drop PassengerId
tbl = tbl.drop_columns(["PassengerId"])

# ensure survived column is treated as boolean
data_types = {
    "Survived": DataType.to_bool(
        true_values=["True", "true", "1"], false_values=["False", "false", "0"]
    )
}
tbl = tbl.convert_column_types(data_types)

# show the first 5 records
tbl.show(5)

# You can also load into pandas...
# df = tbl.to_pandas_dataframe()
# df.head(5)

保存数据加载步骤

接下来,将所有数据加载步骤保存到 MLTable 文件中。 当通过将数据加载步骤保存在 MLTable 文件中时,可以在以后的时间点重现 Pandas 数据帧,而无需每次重新定义代码。

# save the data loading steps in an MLTable file
# NOTE: the tbl object was defined in the previous snippet.
tbl.save("./titanic")

重现数据加载步骤

现在,该文件具有序列化的数据加载步骤,可以使用 load() 方法在任意时间点重现它们。 这样,无需在代码中重新定义数据加载步骤,即可更轻松地共享文件。

import mltable

# load the previously saved MLTable file
tbl = mltable.load("./titanic/")

创建数据资产以帮助共享和可重现性

你可能已将 MLTable 文件当前保存在磁盘上,因此很难将其与团队成员共享。 在 Azure 机器学习中创建数据资产时,MLTable 将上传到云存储并“加入书签”。然欧,团队成员即可使用易记名称访问 MLTable。 此外,数据资产也会进行版本控制。

import time
from azure.ai.ml import MLClient
from azure.ai.ml.entities import Data
from azure.ai.ml.constants import AssetTypes
from azure.identity import DefaultAzureCredential

# Update with your details...
subscription_id = "<SUBSCRIPTION_ID>"
resource_group = "<RESOURCE_GROUP>"
workspace = "<AML_WORKSPACE_NAME>"

# set the version number of the data asset to the current UTC time
VERSION = time.strftime("%Y.%m.%d.%H%M%S", time.gmtime())

# connect to the AzureML workspace
ml_client = MLClient(
    DefaultAzureCredential(), subscription_id, resource_group, workspace
)

my_data = Data(
    path="./titanic",
    type=AssetTypes.MLTABLE,
    description="The titanic dataset.",
    name="titanic-cloud-example",
    version=VERSION,
)

ml_client.data.create_or_update(my_data)

现在,你已将 MLTable 存储在云中,你和团队成员可以在交互式会话(例如,笔记本)中使用易记名称访问它:

import mltable
from azure.ai.ml import MLClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential

# connect to the AzureML workspace
# NOTE:  subscription_id, resource_group, workspace were set in a previous snippet.
ml_client = MLClient(
    DefaultAzureCredential(), subscription_id, resource_group, workspace
)

# get the latest version of the data asset
# Note: The version was set in the previous code cell.
data_asset = ml_client.data.get(name="titanic-cloud-example", version=VERSION)

# create a table
tbl = mltable.load(f"azureml:/{data_asset.id}")

# load into pandas
df = tbl.to_pandas_dataframe()
df.head(5)

还可以轻松访问作业中的数据资产。

Parquet 文件

Azure 机器学习表快速入门介绍如何读取 parquet 文件。

路径:创建映像文件表

可以创建一个包含云存储上路径的表。 此示例在云存储中具有多个狗和猫图像,位于以下文件夹结构中:

/pet-images
  /cat
    0.jpeg
    1.jpeg
    ...
  /dog
    0.jpeg
    1.jpeg

mltable 可以构造一个表,其中包含这些图像的存储路径及其文件夹名称(标签),可用于流式传输图像。 此代码会创建 MLTable:

import mltable

# create paths to the data files
paths = [{"pattern": "wasbs://data@azuremlexampledata.blob.core.chinacloudapi.cn/pet-images/**/*.jpg"}]

# create the mltable
tbl = mltable.from_paths(paths)

# extract useful information from the path
tbl = tbl.extract_columns_from_partition_format("{account}/{container}/{folder}/{label}")

tbl = tbl.drop_columns(["account", "container", "folder"])

df = tbl.to_pandas_dataframe()
print(df.head())

# save the data loading steps in an MLTable file
tbl.save("./pets")

此代码演示如何打开 Pandas 数据帧中的存储位置并绘制图像:

# plot images on a grid. Note this takes ~1min to execute.
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image

fig = plt.figure(figsize=(20, 20))
columns = 4
rows = 5
for i in range(1, columns*rows +1):
    with df.Path[i].open() as f:
        img = Image.open(f)
        fig.add_subplot(rows, columns, i)
        plt.imshow(img)
        plt.title(df.label[i])

创建数据资产以帮助共享和可重现性

mltable 文件当前可能保存在磁盘上,因此很难将其与团队成员共享。 在 Azure 机器学习中创建数据资产时,mltable 将上传到云存储并“加入书签”。团队成员可以使用易记名称访问 mltable。 此外,数据资产也会进行版本控制。

import time
from azure.ai.ml import MLClient
from azure.ai.ml.entities import Data
from azure.ai.ml.constants import AssetTypes
from azure.identity import DefaultAzureCredential

# set the version number of the data asset to the current UTC time
VERSION = time.strftime("%Y.%m.%d.%H%M%S", time.gmtime())

# connect to the AzureML workspace
# NOTE: subscription_id, resource_group, workspace were set in a previous snippet.
ml_client = MLClient(
    DefaultAzureCredential(), subscription_id, resource_group, workspace
)

my_data = Data(
    path="./pets",
    type=AssetTypes.MLTABLE,
    description="A sample of cat and dog images",
    name="pets-mltable-example",
    version=VERSION,
)

ml_client.data.create_or_update(my_data)

现在,mltable 已存储在云中,你和团队成员可以在交互式会话(例如,笔记本)中使用易记名称访问它:

import mltable
from azure.ai.ml import MLClient
from azure.identity import DefaultAzureCredential

# connect to the AzureML workspace
# NOTE: subscription_id, resource_group, workspace were set in a previous snippet.
ml_client = MLClient(
    DefaultAzureCredential(), subscription_id, resource_group, workspace
)

# get the latest version of the data asset
# Note: the variable VERSION is set in the previous code
data_asset = ml_client.data.get(name="pets-mltable-example", version=VERSION)

# the table from the data asset id
tbl = mltable.load(f"azureml:/{data_asset.id}")

# load into pandas
df = tbl.to_pandas_dataframe()
df.head()

还可以将数据加载到作业中。

后续步骤