Dans ce tutoriel, vous allez apprendre à créer un ensemble de modèles de série temporelle afin d'effectuer plusieurs prévisions de séries temporelles à l'aide d'une seule requête. Vous apprendrez également à appliquer différentes stratégies d'entraînement rapide pour accélérer considérablement la requête, et à évaluer la précision des prévisions. Vous utiliserez les données new_york.citibike_trips
.
Ces données contiennent des informations sur les trajets Citi Bike effectués dans la ville de New York.
Avant de lire ce tutoriel, nous vous recommandons vivement de consulter la page Prévoir une série temporelle unique à partir de données Google Analytics.
Objectifs
Dans ce tutoriel, vous allez utiliser :
- l'instruction
CREATE MODEL
, pour créer un modèle de série temporelle ou un ensemble de modèles de série temporelle ; - la fonction
ML.ARIMA_EVALUATE
pour évaluer le modèle ; - la fonction
ML.ARIMA_COEFFICIENTS
, pour inspecter les coefficients du modèle ; - la fonction
ML.EXPLAIN_FORECAST
, pour récupérer divers composants de la série temporelle (par exemple, la saisonnalité et la tendance) pouvant être utilisés pour expliquer les résultats des prévisions ; - Looker Studio, pour visualiser les résultats des prévisions
- facultatif : la fonction
ML.FORECAST
, pour prévoir le nombre total de visites quotidiennes.
Coûts
Ce tutoriel utilise des composants facturables de Google Cloud, dont :
- BigQuery
- BigQuery ML
Pour plus d'informations sur les coûts de BigQuery, consultez la page Tarifs de BigQuery.
Pour en savoir plus sur les coûts associés à BigQuery ML, consultez la page Tarifs de BigQuery ML.
Avant de commencer
- Sign in to your Google Cloud account. If you're new to Google Cloud, create an account to evaluate how our products perform in real-world scenarios. New customers also get $300 in free credits to run, test, and deploy workloads.
-
In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.
-
Make sure that billing is enabled for your Google Cloud project.
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- BigQuery est automatiquement activé dans les nouveaux projets.
Pour activer BigQuery dans un projet préexistant, accédez à .
Enable the BigQuery API.
Étape 1 : Créer un ensemble de données
Vous allez créer un ensemble de données BigQuery pour stocker votre modèle de ML :
Dans la console Google Cloud, accédez à la page "BigQuery".
Dans le volet Explorateur, cliquez sur le nom de votre projet.
Cliquez sur
Afficher les actions > Créer un ensemble de données.Sur la page Créer un ensemble de données, procédez comme suit :
Dans le champ ID de l'ensemble de données, saisissez
bqml_tutorial
.Pour Type d'emplacement, sélectionnez Multirégional, puis sélectionnez US (plusieurs régions aux États-Unis).
Les ensembles de données publics sont stockés dans l'emplacement multirégional
US
. Par souci de simplicité, stockez votre ensemble de données dans le même emplacement.Conservez les autres paramètres par défaut, puis cliquez sur Créer un ensemble de données.
Étape 2 (facultative) : Visualiser la série temporelle pour lesquelles vous souhaitez effectuer des prévisions
Avant de créer le modèle, il est utile de voir à quoi ressemble votre série temporelle d'entrée. Pour ce faire, vous pouvez utiliser Looker Studio.
Dans la requête suivante, la clause FROM bigquery-public-data.new_york.citibike_trips
indique que vous interrogez la table citibike_trips
dans l'ensemble de données new_york
.
Dans l'instruction SELECT
, la requête utilise la fonction EXTRACT pour extraire les informations de date de la colonne starttime
. La requête utilise la clause COUNT(*)
pour obtenir le nombre quotidien total de trajets Citi Bike.
#standardSQL SELECT EXTRACT(DATE from starttime) AS date, COUNT(*) AS num_trips FROM `bigquery-public-data.new_york.citibike_trips` GROUP BY date
Pour exécuter la requête, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL SELECT EXTRACT(DATE from starttime) AS date, COUNT(*) AS num_trips FROM `bigquery-public-data.new_york.citibike_trips` GROUP BY date
Cliquez sur Exécuter.
Une fois la requête exécutée, la sortie ressemble à la capture d'écran suivante. Elle montre que cette série temporelle comporte 1 184 points de données quotidiens, couvrant plus de quatre ans. Cliquez sur le bouton Explorer les données, puis sur Explorer avec Looker Studio. Looker Studio s'ouvre dans un nouvel onglet. Procédez comme suit dans le nouvel onglet.
Dans le panneau Chart (Graphique), sélectionnez Time series chart (Graphique de séries temporelles) :
Dans le panneau Data (Données) situé sous le panneau Chart (Graphique), accédez à la section Metric (Métrique). Ajoutez le champ num_trips (nombre de trajets), puis supprimez la métrique par défaut Record Count (Nombre d'enregistrements).
Une fois l'étape ci-dessus terminée, le graphique suivant s'affiche. Il montre que la série temporelle d'entrée présente des tendances hebdomadaires et annuelles. La série temporelle est également en augmentation.
Étape 3 : Créer un modèle de série temporelle pour effectuer une prévision de série temporelle unique
Créez ensuite un modèle de série temporelle à l'aide des données des trajets Citi Bike effectués dans la ville de New York.
La requête GoogleSQL suivante crée un modèle permettant de prévoir le nombre total de trajets à vélo quotidiens. La clause CREATE MODEL
crée et entraîne un modèle nommé bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model
.
#standardSQL CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'date', time_series_data_col = 'num_trips' ) AS SELECT EXTRACT(DATE from starttime) AS date, COUNT(*) AS num_trips FROM `bigquery-public-data.new_york.citibike_trips` GROUP BY date
La clause OPTIONS(model_type='ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col='date', ...)
indique que vous créez un modèle de série temporelle basé sur ARIMA. Par défaut, auto_arima=TRUE
. L'algorithme auto.ARIMA
ajuste donc automatiquement les hyperparamètres des modèles ARIMA_PLUS
. L'algorithme s'adapte à des dizaines de modèles candidats et choisit le meilleur d'entre eux, qui présente l'AIC (Akaike information criterion) le plus faible.
De plus, comme la valeur par défaut est data_frequency='AUTO_FREQUENCY'
, le processus d'entraînement déduit automatiquement la fréquence des données de la série temporelle d'entrée. Enfin, l'instruction CREATE MODEL
utilise la valeur decompose_time_series=TRUE
par défaut, et les utilisateurs peuvent mieux comprendre comment les séries temporelles sont prévues en récupérant les différents composants de séries temporelles, tels que les périodes saisonnières et les effets des jours fériés.
Exécutez la requête CREATE MODEL
pour créer et entraîner votre modèle :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'date', time_series_data_col = 'num_trips' ) AS SELECT EXTRACT(DATE from starttime) AS date, COUNT(*) AS num_trips FROM `bigquery-public-data.new_york.citibike_trips` GROUP BY date
Cliquez sur Exécuter.
L'exécution de la requête prend environ 17 secondes, puis votre modèle (
nyc_citibike_arima_model
) s'affiche sur le panneau de navigation. Étant donné que la requête utilise une instructionCREATE MODEL
pour créer un modèle, les résultats de la requête ne sont pas affichés.
Étape 4 : Prévoir la série temporelle et visualiser les résultats
Pour expliquer comment les séries temporelles sont prévues, visualisez tous les composants de la série inférieure, tels que la saisonnalité et la tendance, à l'aide de la fonction ML.EXPLAIN_FORECAST
.
Pour ce faire, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL SELECT * FROM ML.EXPLAIN_FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model`, STRUCT(365 AS horizon, 0.9 AS confidence_level))
Cliquez sur Exécuter.
Une fois la requête terminée, cliquez sur le bouton Explorer les données, puis sur Explorer avec Looker Studio. Un nouvel onglet s'ouvre dans le navigateur. Dans le panneau Chart (Graphique), recherchez ensuite l'icône Time series chart (Graphique de séries temporelles) et cliquez dessus, comme illustré dans la capture d'écran suivante.
Dans le panneau Data (Données), procédez comme suit :
- Dans la section Date Range Dimension (Dimension associée à la plage de dates), sélectionnez
time_series_timestamp (Date)
. - Dans la section Dimension, sélectionnez
time_series_timestamp (Date)
. - Dans la section Metric (Métrique), supprimez la métrique par défaut
Record Count
, puis ajoutez les éléments suivants :time_series_data
prediction_interval_lower_bound
prediction_interval_upper_bound
trend
seasonal_period_yearly
seasonal_period_weekly
spikes_and_dips
step_changes
- Dans la section Date Range Dimension (Dimension associée à la plage de dates), sélectionnez
Dans le panneau Style, faites défiler la page jusqu'à l'option Missing Data (Données manquantes) et utilisez Line Breaks (Sauts de ligne) au lieu de Line to Zero (Ligne à zéro).
Une fois ces étapes terminées, le graphique suivant s'affiche dans le panneau de gauche.
Étape 5 : Prévoir plusieurs séries temporelles simultanément
Vous souhaiterez peut-être prévoir le nombre total de trajets quotidiens à partir de différentes stations Citi Bike. Pour ce faire, vous devez prévoir de nombreuses séries temporelles.
Vous pouvez écrire plusieurs requêtes CREATE MODEL
, mais cela peut être un processus fastidieux et chronophage, en particulier lorsque vous avez un grand nombre de séries temporelles.
Pour améliorer ce processus, BigQuery ML vous permet de créer un ensemble de modèles de série temporelle afin de prévoir plusieurs séries temporelles à l'aide d'une seule requête. En outre, tous les modèles de série temporelle sont ajustés simultanément.
Dans la requête GoogleSQL suivante, la clause CREATE MODEL
crée et entraîne un ensemble de modèles nommé bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group
.
#standardSQL CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'date', time_series_data_col = 'num_trips', time_series_id_col = 'start_station_name', auto_arima_max_order = 5 ) AS SELECT start_station_name, EXTRACT(DATE from starttime) AS date, COUNT(*) AS num_trips FROM `bigquery-public-data.new_york.citibike_trips` WHERE start_station_name LIKE '%Central Park%' GROUP BY start_station_name, date
La clause OPTIONS(model_type='ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col='date', ...)
indique que vous créez un ensemble de modèles de série temporelle ARIMA_PLUS
basés sur ARIMA. Outre time_series_timestamp_col
et time_series_data_col
, vous devez spécifier time_series_id_col
, qui permet d'annoter différentes séries temporelles d'entrée. L'option auto_arima_max_order
contrôle l'espace de recherche pour le réglage d'hyperparamètres dans l'algorithme auto.ARIMA.
Enfin, l'instruction CREATE MODEL
utilise decompose_time_series=TRUE
par défaut. Les utilisateurs peuvent aussi mieux comprendre comment l'analyse de la série temporelle dans le pipeline d'entraînement consiste à récupérer les résultats de décomposition.
La clause SELECT ... FROM ... GROUP BY ...
indique que vous formez plusieurs séries temporelles, chacune étant associée à une valeur différente de start_station_name
. Pour plus de simplicité, utilisez la clause WHERE ... LIKE ...
pour limiter les stations de départ à celles dont le nom contient Central Park
.
Pour exécuter la requête CREATE MODEL
afin de créer et d'entraîner votre modèle, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'date', time_series_data_col = 'num_trips', time_series_id_col = 'start_station_name', auto_arima_max_order = 5 ) AS SELECT start_station_name, EXTRACT(DATE from starttime) AS date, COUNT(*) AS num_trips FROM `bigquery-public-data.new_york.citibike_trips` WHERE start_station_name LIKE '%Central Park%' GROUP BY start_station_name, date
Cliquez sur Exécuter.
L'exécution de la requête prend environ 24 secondes, puis votre modèle (
nyc_citibike_arima_model_group
) s'affiche sur le panneau de navigation. Comme la requête utilise une instructionCREATE MODEL
, les résultats de la requête ne sont pas affichés.
Étape 6 : Examiner les métriques d'évaluation de l'ensemble des modèles de série temporelle
Après avoir créé vos modèles, vous pouvez utiliser la fonction ML.ARIMA_EVALUATE
pour afficher les métriques d'évaluation de tous les modèles créés.
Dans la requête GoogleSQL suivante, la clause FROM
utilise la fonction ML.ARIMA_EVALUATE
sur votre modèle bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group
. Les métriques d'évaluation ne dépendent que de l'entrée d'entraînement. Par conséquent, votre modèle est la seule entrée.
Pour exécuter la requête ML.ARIMA_EVALUATE
, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL SELECT * FROM ML.ARIMA_EVALUATE(MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group`)
Cliquez sur Exécuter.
L'exécution de la requête prend moins d'une seconde. Lorsque la requête est terminée, cliquez sur l'onglet Results (Résultats) situé sous la zone de texte de la requête. Les résultats doivent se présenter sous la forme suivante :
Les résultats incluent les colonnes suivantes :
start_station_name
non_seasonal_p
non_seasonal_d
non_seasonal_q
has_drift
log_likelihood
AIC
variance
seasonal_periods
has_holiday_effect
has_spikes_and_dips
has_step_changes
error_message
La première colonne (
start_station_name
) annote la série temporelle par rapport à laquelle chaque modèle de série temporelle est ajusté. Elle est identique à celle qui est spécifiée partime_series_id_col
.Les quatre colonnes suivantes (
non_seasonal_p
,non_seasonal_d
,non_seasonal_q
ethas_drift
) définissent un modèle ARIMA dans le pipeline d'entraînement. Les trois métriques qui les suivent (log_likelihood
,AIC
etvariance
) sont pertinentes pour le processus d'ajustement du modèle ARIMA. Le processus d'ajustement détermine le meilleur modèle ARIMA à l'aide de l'algorithmeauto.ARIMA
. Un algorithme est utilisé pour chaque série temporelle.Les colonnes
has_holiday_effect
,has_spikes_and_dips
ethas_step_changes
ne sont renseignées que lorsquedecompose_time_series=TRUE
.La colonne
seasonal_periods
correspond à la tendance saisonnière dans la série temporelle d'entrée. Chaque série temporelle peut présenter des tendances saisonnières différentes. Par exemple, la figure montre qu'une série temporelle présente une tendance annuelle, contrairement aux autres.
Étape 7 : Inspecter les coefficients de vos modèles
La fonction ML.ARIMA_COEFFICIENTS
permet de récupérer les coefficients de votre modèle ARIMA_PLUS
(bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group
). ML.ARIMA_COEFFICIENTS
utilise le modèle comme seule entrée.
Pour exécuter la requête ML.ARIMA_COEFFICIENTS
, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL SELECT * FROM ML.ARIMA_COEFFICIENTS(MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group`)
Cliquez sur Exécuter.
L'exécution de la requête prend moins d'une seconde. Les résultats doivent ressembler à la capture d'écran suivante :
Les résultats incluent les colonnes suivantes :
start_station_name
ar_coefficients
ma_coefficients
intercept_or_drift
La première colonne (
start_station_name
) annote la série temporelle par rapport à laquelle chaque modèle de série temporelle est ajusté.ar_coefficients
affiche les coefficients de modèle de la partie autorégressive (AR) du modèle ARIMA. De la même manière,ma_coefficients
affiche les coefficients de modèle de la partie moyenne mobile (MA, moving-average). Il s'agit de deux tableaux, dont la longueur est respectivement égale ànon_seasonal_p
etnon_seasonal_q
.intercept_or_drift
est le terme constant dans le modèle ARIMA.
Étape 8 : Utiliser votre modèle pour prévoir plusieurs séries temporelles simultanément avec des explications
La fonction ML.EXPLAIN_FORECAST
prédit les valeurs futures des séries temporelles avec un intervalle de prédiction à l'aide de votre modèle, bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group
, et renvoie simultanément tous les composants distincts de la série temporelle.
La clause STRUCT(3 AS horizon, 0.9 AS confidence_level)
indique que la requête prévoit trois points temporels futurs et génère un intervalle de prédiction avec un indice de confiance de 90 %. La fonction ML.EXPLAIN_FORECAST
utilise le modèle, ainsi que quelques arguments facultatifs.
Pour exécuter la requête ML.EXPLAIN_FORECAST
, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL SELECT * FROM ML.EXPLAIN_FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group`, STRUCT(3 AS horizon, 0.9 AS confidence_level))
Cliquez sur Exécuter.
L'exécution de la requête prend moins d'une seconde. Les résultats doivent se présenter sous la forme suivante :
Les résultats incluent les colonnes suivantes :
start_station_name
time_series_timestamp
time_series_type
time_series_data
time_series_adjusted_data
standard_error
confidence_level
prediction_interval_lower_bound
prediction_interval_lower_bound
trend
seasonal_period_yearly
seasonal_period_quarterly
seasonal_period_monthly
seasonal_period_weekly
seasonal_period_daily
holiday_effect
spikes_and_dips
step_changes
residual
Les lignes de sortie sont triées par
start_station_name
et, pour chaque valeurstart_station_name
, les lignes de sortie sont dans l'ordre chronologique detime_series_timestamp
. Différents composants sont répertoriés sous forme de colonnes de sortie. Pour plus d'informations, consultez la définition deML.EXPLAIN_FORECAST
.
(Facultatif) Étape 9 : Utiliser le modèle pour prévoir plusieurs séries temporelles simultanément
La fonction ML.FORECAST
permet également de prévoir les valeurs futures des séries temporelles avec un intervalle de prédiction à l'aide de votre modèle, bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group
.
Comme ML.EXPLAIN_FORECAST
, la clause STRUCT(3 AS horizon, 0.9 AS confidence_level)
indique que pour chaque série temporelle, la requête prévoit trois points temporels futurs et génère un intervalle de prédiction avec un indice de confiance de 90 %.
La fonction ML.FORECAST
utilise le modèle, ainsi que quelques arguments facultatifs.
Pour exécuter la requête ML.FORECAST
, procédez comme suit :
Dans la console Google Cloud, cliquez sur le bouton Saisir une nouvelle requête.
Saisissez la requête GoogleSQL suivante dans la zone de texte Éditeur de requête.
#standardSQL SELECT * FROM ML.FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.nyc_citibike_arima_model_group`, STRUCT(3 AS horizon, 0.9 AS confidence_level))
Cliquez sur Exécuter.
L'exécution de la requête prend moins d'une seconde. Les résultats doivent se présenter sous la forme suivante :
Les résultats incluent les colonnes suivantes :
start_station_name
forecast_timestamp
forecast_value
standard_error
confidence_level
prediction_interval_lower_bound
prediction_interval_upper_bound
confidence_interval_lower_bound
(bientôt obsolète)confidence_interval_upper_bound
(bientôt obsolète)
La première colonne (
start_station_name
) annote la série temporelle par rapport à laquelle chaque modèle de série temporelle est ajusté. Chaquestart_station_name
comporte un nombre de lignes horizon pour les résultats de ses prévisions.Pour chaque
start_station_name
, les lignes de sortie sont triées dans l'ordre chronologique deforecast_timestamp
. Dans les prévisions de séries temporelles, l'intervalle de prédiction, délimité par les limites inférieure et supérieure, est aussi important queforecast_value
.forecast_value
est le point central de l'intervalle de prédiction. L'intervalle de prédiction dépend destandard_error
et deconfidence_level
.
Nettoyer
Pour éviter que les ressources utilisées lors de ce tutoriel soient facturées sur votre compte Google Cloud, supprimez le projet contenant les ressources, ou conservez le projet et supprimez les ressources individuelles.
- Supprimez le projet que vous avez créé.
- Ou conservez le projet et supprimez l'ensemble de données.
Supprimer l'ensemble de données
La suppression de votre projet entraîne celle de tous les ensembles de données et de toutes les tables qui lui sont associés. Si vous préférez réutiliser le projet, vous pouvez supprimer l'ensemble de données que vous avez créé dans ce tutoriel :
Si nécessaire, ouvrez la page BigQuery dans Cloud Console.
Dans le panneau de navigation, cliquez sur l'ensemble de données bqml_tutorial que vous avez créé.
Cliquez sur Supprimer l'ensemble de données pour supprimer l'ensemble de données, la table, ainsi que toutes les données.
Dans la boîte de dialogue Supprimer l'ensemble de données, confirmez la commande de suppression en saisissant le nom de votre ensemble de données (
bqml_tutorial
), puis cliquez sur Supprimer.
Supprimer votre projet
Pour supprimer le projet :
- In the Google Cloud console, go to the Manage resources page.
- In the project list, select the project that you want to delete, and then click Delete.
- In the dialog, type the project ID, and then click Shut down to delete the project.
Étape suivante
- Découvrez comment accélérer ARIMA_PLUS pour prévoir un million de séries temporelles en quelques heures
- Pour en savoir plus sur le machine learning, consultez le Cours d'initiation au Machine Learning.
- Pour obtenir plus d'informations sur BigQuery ML, consultez la page Présentation de BigQuery ML.
- Pour en savoir plus sur la console Google Cloud, consultez la page Utiliser la console Google Cloud.