訓練AI模型，要多少數據？拆解企業人工智慧專案為何難落地
2020.12.09 by 若水AI Blog
企業導入AI似乎已成為一種趨勢，但是訓練AI模型，需要多少數據？其背後的商業命題與成本又該如何解決？帶你來一起窺探AI專案背後的秘密！
企業的AI專案在釐清問題本質、找到命題之後，首先會面臨到一個問題：收集數據（Data Collection）和建立AI模型（Model Establishing），該以什麼作為評估基準？
訓練一個AI數據模型，需要多少數據？
訓練AI數據模型時，其實有三個要素，彼此互相影響。分別是： 商業問題的複雜度 、 AI模型複雜度 （Model Complexity），以及 數據複雜度 （Data Complexity）。
因此，如果想知道需要多少訓練數據（Training Data），建議先釐清：這個AI專案到底要處理什麼問題，以及這個問題有多複雜？確定之後，再來判斷應該選用哪種程度的模型來做訓練。根據不同的商業命題複雜度，用不同複雜度的模型和精準數據彼此搭配，找出最佳平衡，才能讓AI專案順利落地。
但光憑想像，很難評估實際的AI數據量和成效，所以開始AI的第一步，需要先透過POC概念驗證（Proof of Concept）實驗來找答案。
簡單來說，就是針對不同複雜程度的商業問題，嘗試選用不同複雜度的模型搭配測試，直到模型跑出來的曲線，符合理想目標。
一般狀態下，假設商業問題本身的複雜度很高，我們會預期要選擇複雜度較高的模型。但是如果數據量不足，那麼選擇複雜度較高的AI模型，反而會比用簡單的AI模型效果還差。（上圖左上、右上，分別代表複雜度10和複雜度50的問題，可以明顯看出複雜的模型曲線比較接近學習數據集（Dataset），但是在測試數據集上的誤差 Eout，反而比簡單模型還差了許多。）
上圖的左下和右下，是以不同複雜度的模型去做POC，跑出來的結果曲線圖。藍色線代表的是學習數據（Training Data）成效，紅色線代表的是測試數據（Testing Data）成效。最理想的POC目標，應該是兩條曲線很貼近彼此，而且位置越低越好。
我們會發現，左下這張圖的兩條曲線雖然彼此貼近，但是就算增加數據，也無法降低誤差。這表示模型偏誤（Bias）高，效果不佳，應該要增加模型複雜度 （Model Complexity）。
增加模型複雜度之後，就會像右下這張圖，藍色曲線（學習數據）雖然數值很低，但在學習數據不足的情況下（灰色區塊），紅色曲線（測試數據）卻「飄」得太高。這表示模型變異誤差（Variance）高，應該要增加學習數據。最後在慢慢增加模型複雜度以及學習數據之後，我們就可以達到理想的結果（兩條曲線很貼近彼此，而且位置越低越好）。
數據哪裡來？發展AI人工智慧之前，先建立數據流
先前我在文章裡提到，很多企業會急著開發AI模型，但AI專案落地經驗的三大關鍵之一，其實是先確認：是否已經準備好數據了？如果沒有這樣的能力，談AI落地其實有點好高騖遠。
AI數據收集（Data Collection）最大的挑戰，在於針對不同型態的命題，會產生不同的AI數據需求，因此需要建立的「數據流」（Data Pipeline），AI數據處理 （Data Processing）和數據標註（Data Annotation）的模式及流程也會有所不同。
發展AI之前，如果能建立起從數據收集（Data Collection）、數據處理（Data Processing）到AI模型學習的數據流（Data Pipeline），並確保可以順暢運行，實際訓練AI模型時才會省力很多。
數據不夠或太多怎麼辦？
Google開設的機器學習（Machine Learning）課程中，第一項原則就開宗明義地指出：「Don’t be afraid to launch a product without machine learning」。
如果你的產品或業務不一定需要用到機器學習（Machine Learning），那就別用，除非你有AI數據。有數據，再來談機器學習（Machine Learning）。但在業界的實際狀況，大家不是沒有數據，而是只有一些些，這時候該怎麼辦？我會建議，先從小地方開始做起，也就是從POC專案著手。
POC專案要有具體成效，除了要注意設計專案、實驗模型的指標（Metrics），企業最重要的是要先定義清楚：AI專案要達到什麼樣的指標，才算是成功？這樣最後做出來的成果，才會真正符合商業目標。
如果今天不是沒有AI數據，而是數據很多，又該從何下手呢？
我建議，嘗試減少訓練AI人工智慧時的「 數據大小 」和「 數據筆數 」。
過去曾經處理過一個AI專案，數據多達2億筆。第一次實驗，把數據全部餵進AI模型，取得結果。第二次，只拿其中有代表性的500萬筆出來訓練人工智慧。
猜猜結果如何？兩次實驗的表現，只差異不到1%。
所以，如果企業對於AI數據的品質和數量有一定程度的自信根據，其實不用把數據全部餵進AI模型訓練（Model Training），只用有代表性的AI數據來訓練就可以了。市面上很多常見的AI工具（Cluster），可以做到這點，幫助省時省力。
AI模型訓練，記得校準商業目標
企業發展AI人工智慧的最終目的，還是希望能 達到商業目標，創造價值 。
所以，訓練AI模型時，團隊如果不知道如何判斷哪個指標，對AI模型學習來說比較重要，建議回歸初心，重新釐清「 這個專案想達到的商業目標是什麼 」。
比方，趨勢科技（Trend Micro）要開發一個能夠判斷電腦病毒的AI，但是勒索病毒（denial-of-access attack）和廣告病毒對客戶的傷害程度大不相同。這時候，工程師就會針對這個命題，餵給AI模型不同病毒種類的數據，讓它學會判斷不同病毒的重要性，分辨出哪些病毒比較嚴重不能有判斷錯誤，而哪些病毒比較無害，不一定要做到一百分。
最常見的訓練方法，是用成本函數（Cost Function）的方式，訓練完再回去調整AI模型的評分（Rating），用加扣分的方式，告訴機器它的學習表現是好是壞，做對就加分，做錯就扣分。
上述評分原則的制定，和企業的商業價值考量息息相關，所以一般在組織分工，會由PM專案團隊負責判斷哪些項目重要，請資料科學家設計在上述Cost Function裡面。
很多人以為，AI人工智慧開發要做到很完美才行，但其實根據我們的經驗，只要AI開發成本符合預算、AI模型表現可接受（大約做到60–70分），而且結果有助於降低成本，就可以算是達到商業目標。反過來，即使AI模型表現非常好（高達90分），但成本卻遠超出預算，就不建議執行。
另外，因為POC階段會做很多的實驗，需要拿兩個穩定且可以互相比較的基準做A/B Test，所以做好基礎建設非常重要。
如果一個團隊裡面有三位工程師，但三個人做出來的結果都無法互相比較，那麼這個實驗就會變得霧裡看花，導致AI專案難以落地。
AI數據小學堂：模型指標（metrics）
在做模型實驗時，通常會用混淆矩陣（Confusion Matrix）的四種指標：TP（True Positive）、TN（True Negative）、FP（False Positive）、FN（False Negative），以及Count、Unique和Accuracy等等函數，來判斷這個模型的表現好不好。
P或TN值，代表模型辨識的答案正確，和預期結果一致。例如：模型正確判斷出「這是一隻貓」、「這不是一隻貓」。而FP或FN值，則代表模型的判斷錯誤，例如「明明是貓，模型卻說不是貓」、「明明不是貓，模型卻說它是貓」。
附圖：AI模型 若水國際
AI模型的POC概念驗證實驗怎麼做？
資料來源：https://www.bnext.com.tw/article/60440/ai-strategy-04?fbclid=IwAR1SOhjjGxypdGgOGfaBIl_a1IsZFJAQZ8J2aeDd98spbUfOdg7hiPQP7UA
