이 튜토리얼에서는 google_analytics_sample.ga_sessions
샘플 테이블을 사용하여 단일 시계열 예측을 수행하기 위해 시계열 모델을 만드는 방법을 알아봅니다.
ga_sessions
테이블에는 Google 애널리틱스 360에서 수집하여 BigQuery로 전송된 세션 데이터 슬라이스의 정보가 포함되어 있습니다.
목표
이 튜토리얼에서는 다음을 사용합니다.
CREATE MODEL
문: 시계열 모델을 만듭니다.ML.ARIMA_EVALUATE
함수: 모델을 평가합니다.ML.ARIMA_COEFFICIENTS
함수: 모델 계수를 검사합니다.ML.FORECAST
함수: 일별 총 방문수를 예측합니다.ML.EXPLAIN_FORECAST
함수: 예측 결과를 설명하는 데 사용할 수 있는 시계열의 다양한 구성요소(예: 계절성 및 트렌드)를 검색합니다.- Looker Studio: 예측 결과를 시각화합니다.
비용
이 튜토리얼에서는 다음을 포함하여 Google Cloud의 청구 가능한 구성요소가 사용됩니다.
- BigQuery
- BigQuery ML
BigQuery 비용에 대한 자세한 내용은 BigQuery 가격 책정 페이지를 참조하세요.
BigQuery ML 비용에 대한 자세한 내용은 BigQuery ML 가격 책정을 참조하세요.
시작하기 전에
- 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.
-
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- BigQuery는 새 프로젝트에서 자동으로 사용 설정됩니다.
기존 프로젝트에서 BigQuery를 활성화하려면 다음으로 이동합니다.
Enable the BigQuery API.
1단계: 데이터 세트 만들기
ML 모델을 저장할 BigQuery 데이터 세트를 만듭니다.
Google Cloud 콘솔에서 BigQuery 페이지로 이동합니다.
탐색기 창에서 프로젝트 이름을 클릭합니다.
작업 보기 > 데이터 세트 만들기를 클릭합니다.
데이터 세트 만들기 페이지에서 다음을 수행합니다.
데이터 세트 ID에
bqml_tutorial
를 입력합니다.위치 유형에 대해 멀티 리전을 선택한 다음 US(미국 내 여러 리전)를 선택합니다.
공개 데이터 세트는
US
멀티 리전에 저장됩니다. 편의상 같은 위치에 데이터 세트를 저장합니다.나머지 기본 설정은 그대로 두고 데이터 세트 만들기를 클릭합니다.
(선택사항) 2단계: 예측하려는 시계열 시각화
모델을 만들기 전에 입력 시계열의 모양을 확인하는 것이 좋습니다.
SQL
Looker Studio를 사용하여 이를 수행할 수 있습니다.
다음 GoogleSQL 쿼리에서 FROM bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*
절은 google_analytics_sample
데이터 세트에서 ga_sessions_*
테이블을 쿼리한다는 것을 나타냅니다. 이러한 테이블은 파티션을 나눈 테이블입니다.
SELECT
문에서 쿼리는 입력 테이블에서 TIMESTAMP
유형으로 date
열을 파싱하고 이름을 parsed_date
로 바꿉니다. 이 쿼리는 SUM(...)
절 및 GROUP BY date
절을 사용하여 일별 기준으로 totals.visits
를 누적합니다.
#standardSQL SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS parsed_date, SUM(totals.visits) AS total_visits FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date
쿼리를 실행하려면 다음 단계를 따르세요.
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS parsed_date, SUM(totals.visits) AS total_visits FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date
실행을 클릭합니다.
쿼리가 완료되려면 약 7초 정도 걸립니다. 쿼리가 실행된 다음 출력은 다음 스크린샷과 비슷합니다. 스크린샷에서는 이 시계열에 데이터 포인트가 366개 있는 것을 확인할 수 있습니다. 데이터 탐색 버튼을 클릭한 후 Looker Studio로 탐색을 클릭합니다. Looker Studio가 새 탭에서 열립니다. 새 탭에서 다음 단계를 완료합니다.
차트 패널에서 시계열 차트를 선택합니다.
차트 패널 아래의 데이터 패널에서 측정항목 섹션으로 이동합니다. total_visits 필드를 추가하고 기본 측정항목 total_visits를 삭제합니다. 다음 그림을 참조하세요.
이 단계를 완료하면 다음 그래프가 표시됩니다. 이 그래프는 입력 시계열에 주별 계절성 패턴이 포함된 것을 보여줍니다.
BigQuery DataFrames
이 샘플을 사용해 보기 전에 BigQuery DataFrames를 사용하여 BigQuery 빠른 시작의 BigQuery DataFrames 설정 안내를 따르세요. 자세한 내용은 BigQuery DataFrames 참고 문서를 확인하세요.
BigQuery에 인증하려면 애플리케이션 기본 사용자 인증 정보를 설정합니다. 자세한 내용은 로컬 개발 환경의 인증 설정을 참조하세요.
결과는 다음과 비슷합니다.
3단계: 시계열 모델 만들기
다음으로 Google 애널리틱스 360 데이터를 사용하여 시계열 모델을 만듭니다.
다음 GoogleSQL 쿼리는 totals.visits
를 예측하는 데 사용되는 모델을 만듭니다.
CREATE MODEL
절은 bqml_tutorial.ga_arima_model
이라는 모델을 만들고 학습시킵니다.
#standardSQL CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'parsed_date', time_series_data_col = 'total_visits', auto_arima = TRUE, data_frequency = 'AUTO_FREQUENCY', decompose_time_series = TRUE ) AS SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS parsed_date, SUM(totals.visits) AS total_visits FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date
OPTIONS(model_type='ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col='date', ...)
절은 ARIMA 기반 시계열 모델을 만들고 있음을 나타냅니다. 기본적으로 auto_arima=TRUE
이므로 auto.ARIMA
알고리즘이 ARIMA_PLUS
모델에서 초매개변수를 자동으로 조정합니다. 이 알고리즘은 후보 모델 십여 개를 접합하고 Akaike 정보 기준(AIC)가 가장 낮은 최적 후보를 선택합니다.
또한 기본값이 data_frequency='AUTO_FREQUENCY'
이므로 학습 프로세스가 입력 시계열의 데이터 빈도를 자동으로 추론합니다. 마지막으로 CREATE MODEL
문은 기본적으로 decompose_time_series=TRUE
를 사용하며 사용자는 계절성 및 휴일 효과와 같은 개별 시계열 구성요소를 가져와 시계열이 예측되는 방식을 더 자세히 이해할 수 있습니다.
CREATE MODEL
쿼리를 실행하여 모델을 만들고 학습시킵니다.
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'parsed_date', time_series_data_col = 'total_visits', auto_arima = TRUE, data_frequency = 'AUTO_FREQUENCY', decompose_time_series = TRUE ) AS SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS parsed_date, SUM(totals.visits) AS total_visits FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date
실행을 클릭합니다.
이 쿼리는 완료하는 데 약 43초가 소요되며 이후에는 모델(
ga_arima_model
)이 탐색 패널에 표시됩니다. 이 쿼리에서는CREATE MODEL
문을 사용하여 모델을 만들므로 쿼리 결과가 표시되지 않습니다.
4단계: 모든 평가된 모델의 평가 측정항목 검사
모델을 만든 후에는 ML.ARIMA_EVALUATE
함수를 사용하여 자동 초매개변수 조정 과정 중에 평가된 모든 후보 모델의 평가 측정항목을 확인할 수 있습니다.
다음 GoogleSQL 쿼리에서 FROM
절은 bqml_tutorial.ga_arima_model
모델에 대해 ML.ARIMA_EVALUATE
함수를 사용합니다. 기본적으로 이 쿼리는 모든 후보 모델의 평가 측정항목을 반환합니다.
ML.ARIMA_EVALUATE
쿼리를 실행하려면 다음 단계를 수행합니다.
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL SELECT * FROM ML.ARIMA_EVALUATE(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`)
실행을 클릭합니다.
이 쿼리는 완료되는 데 1초도 걸리지 않습니다. 쿼리가 완료되면 쿼리 텍스트 영역 아래의 결과 탭을 클릭합니다. 결과는 다음 스크린샷과 비슷하게 표시됩니다.
결과에 다음 열이 포함됩니다.
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
다음 열 4개(
non_seasonal_{p,d,q}
및has_drift
)는 학습 파이프라인에서 ARIMA 모델을 정의합니다. 그 다음 측정항목 3개(log_likelihood
,AIC
,variance
)는 ARIMA 모델 접합 프로세스와 관련된 측정항목입니다.auto.ARIMA
알고리즘은 먼저 KPSS 테스트를 사용하여non_seasonal_d
의 최적 값이 1인지 확인합니다.non_seasonal_d
가 1이면 auto.ARIMA가 서로 다른 후보 ARIMA 모델 42개를 병렬로 학습시킵니다.non_seasonal_d
가 1이 아니면 auto.ARIMA가 서로 다른 후보 모델 21개를 학습시킵니다. 이 예시에서는 42개 후보 모델이 모두 유효합니다. 따라서 출력에 42개 행이 포함되고, 각 행은 후보 ARIMA 모델과 연결되어 있습니다. 일부 시계열의 경우에는 반대로 적용할 수 없거나 비고정적이기 때문에 일부 후보 모델이 유효하지 않습니다. 이렇게 유효하지 않은 모델이 출력에서 제외되어, 출력에 42개 미만의 행이 포함됩니다. 이러한 후보 모델은 AIC에 따라 오름차순으로 정렬됩니다. 첫 번째 행의 모델은 AIC가 가장 낮으며 최적 모델로 간주됩니다. 이 최적 모델은 최종 모델로 저장되며 다음 단계와 같이ML.EXPLAIN_FORECAST
,ML.FORECAST
,ML.ARIMA_COEFFICIENTS
를 호출할 때 사용됩니다.seasonal_periods
열은 입력 시계열 내 계절 패턴 정보입니다. 이 열은 ARIMA 모델링과 관계가 없으므로 모든 출력 행에서 동일한 값을 갖습니다. 위 2단계에 설명한 것처럼 예상 범위 내에 있는 주별 패턴을 보고합니다.has_holiday_effect
,has_spikes_and_dips
,has_step_changes
열은decompose_time_series=TRUE
인 경우에만 채워집니다. 이는 ARIMA 모델링과 관련 없는 입력 시계열 내 휴일 효과, 급증, 하락, 단계 변화와 관련됩니다. 따라서 실패한 모델을 제외하고 모든 출력 행에서 동일한 값을 갖습니다.error_message
열에서는auto.ARIMA
접합 프로세스 중에 발생할 수 있는 오류를 보여줍니다. 선택한non_seasonal_p
,non_seasonal_d
,non_seasonal_q
,has_drift
열에서 시계열을 안정화하지 못하는 것이 원인일 수도 있습니다. 모든 후보 모델의 가능한 오류 메시지를 검색하려면show_all_candidate_models=true
를 설정합니다.
5단계: 모델 계수 검사
ML.ARIMA_COEFFICIENTS
함수는 ARIMA_PLUS 모델 bqml_tutorial.ga_arima_model
의 모델 계수를 검색합니다. ML.ARIMA_COEFFICIENTS
는 모델만 입력으로 사용합니다.
ML.ARIMA_COEFFICIENTS
쿼리 실행:
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL SELECT * FROM ML.ARIMA_COEFFICIENTS(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`)
실행을 클릭합니다.
이 쿼리는 완료되는 데 1초도 걸리지 않습니다. 다음과 같은 결과가 표시됩니다.
결과에 다음 열이 포함됩니다.
ar_coefficients
ma_coefficients
intercept_or_drift
ar_coefficients
는 ARIMA 모델의 자동 회귀(AR) 부분의 모델 계수를 보여줍니다. 이와 비슷하게ma_coefficients
는 이동 평균(MA) 부분의 모델 계수를 보여줍니다. 두 가지 모두 길이가 각각non_seasonal_p
및non_seasonal_q
에 해당하는 배열입니다.ML.ARIMA_EVALUATE
출력에서 최상위 행에 표시되는 최적 모델은non_seasonal_p
2 및non_seasonal_q
3을 포함합니다. 따라서ar_coefficients
는 길이가 2인 배열이고ma_coefficients
는 길이가 3인 배열입니다.intercept_or_drift
는 ARIMA 모델의 상수 항입니다.
6단계: 모델을 사용하여 시계열 예측
ML.FORECAST
함수는 bqml_tutorial.ga_arima_model
모델을 사용해서 예측 구간과 함께 미래 시계열 값을 예측합니다.
다음 GoogleSQL 쿼리에서 STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level)
절은 쿼리가 30개의 미래 시점을 예측하고 80% 신뢰 수준의 예측 구간을 생성함을 나타냅니다. ML.FORECAST
는 모델 외에도 몇 가지 선택적인 인수를 사용합니다.
ML.FORECAST
쿼리를 실행하려면 다음 단계를 따르세요.
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL SELECT * FROM ML.FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`, STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level))
실행을 클릭합니다.
이 쿼리는 완료되는 데 1초도 걸리지 않습니다. 다음과 같은 결과가 표시됩니다.
결과에 다음 열이 포함됩니다.
forecast_timestamp
forecast_value
standard_error
confidence_level
prediction_interval_lower_bound
prediction_interval_upper_bound
confidence_interval_lower_bound
(지원 중단 예정)confidence_interval_upper_bound
(지원 중단 예정)
출력 행은
forecast_timestamp
의 시간 순서로 정렬됩니다. 시계열 예측에서 하한 및 상한으로 캡처되는 예측 구간은forecast_value
만큼 중요합니다.forecast_value
는 예측 구간의 중간 포인트입니다. 예측 구간은standard_error
및confidence_level
에 따라 달라집니다.
7단계: 예측 결과 설명 및 시각화
시계열이 예측되는 방식을 이해하고 기록 시계열과 모든 별개 구성요소와 함께 예측된 시계열을 시각화하기 위해 ML.EXPLAIN_FORECAST
함수는 모델 bqml_tutorial.ga_arima_model
을 사용하여 예측 구간과 함께 미래 시계열 값을 예측하며 동시에 시계열의 모든 개별 구성요소를 반환합니다.
ML.FORECAST
함수와 마찬가지로 STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level)
절은 쿼리가 미래 시점 30개를 예측하고 80% 신뢰도로 예측 구간을 생성함을 나타냅니다. ML.EXPLAIN_FORECAST
함수에서는 모델뿐만 아니라 몇 가지 선택적 인수를 사용합니다.
ML.EXPLAIN_FORECAST
쿼리를 실행하려면 다음 단계를 따르세요.
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL SELECT * FROM ML.EXPLAIN_FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`, STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level))
실행을 클릭합니다.
이 쿼리는 완료되는 데 1초도 걸리지 않습니다. 다음과 같은 결과가 표시됩니다.
결과에 다음 열이 포함됩니다.
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
출력 행은
time_series_timestamp
의 시간 순서로 정렬됩니다. 서로 다른 구성요소는 출력 열로 나열됩니다. 자세한 내용은ML.EXPLAIN_FORECAST
정의를 참조하세요.쿼리가 완료되면 데이터 탐색 버튼을 클릭한 후 Looker Studio로 탐색을 클릭합니다. Looker Studio가 새 탭에서 열립니다.
차트 패널에서 시계열 차트를 선택합니다.
데이터 패널에서 다음을 수행합니다.
- 기간 측정기준 섹션에서
time_series_timestamp (Date)
를 선택합니다. - 측정기준 섹션에서
time_series_timestamp (Date)
를 선택합니다. - 측정항목 섹션에서 기본 측정항목
Record Count
를 삭제하고 다음을 추가합니다.time_series_data
prediction_interval_lower_bound
prediction_interval_upper_bound
trend
seasonal_period_weekly
step_changes
- 기간 측정기준 섹션에서
스타일 패널에서 데이터 누락 옵션까지 아래로 스크롤하고 선을 0에 연결 대신 줄바꿈을 사용합니다.
다음과 같은 플롯이 표시됩니다.
(선택사항) 8단계: decompose_time_series
를 사용 설정하지 않고 예측 결과 시각화
ARIMA_PLUS
학습에서 decompose_time_series
가 false로 설정되면 UNION ALL
절과 ML.FORECAST
함수를 사용하여 기록 시계열과 예측된 시계열을 연결할 수 있습니다.
다음 쿼리에서 UNION ALL
절 앞의 SQL은 기록 시계열을 형성합니다. UNION ALL
절 다음의 SQL은 ML.FORECAST
를 사용하여 예측된 시계열과 예측 구간을 생성합니다. 쿼리는 history_value
및 forecasted_value
의 서로 다른 필드를 사용하여 다른 색으로 표시합니다.
쿼리를 실행하려면 다음 단계를 따르세요.
Google Cloud 콘솔에서 새 쿼리 작성 버튼을 클릭합니다.
쿼리 편집기 텍스트 영역에 다음 GoogleSQL 쿼리를 입력합니다.
#standardSQL SELECT history_timestamp AS timestamp, history_value, NULL AS forecast_value, NULL AS prediction_interval_lower_bound, NULL AS prediction_interval_upper_bound FROM ( SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS history_timestamp, SUM(totals.visits) AS history_value FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date ORDER BY date ASC ) UNION ALL SELECT forecast_timestamp AS timestamp, NULL AS history_value, forecast_value, prediction_interval_lower_bound, prediction_interval_upper_bound FROM ML.FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`, STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level))
실행을 클릭합니다.
쿼리가 완료되면 데이터 탐색 버튼을 클릭한 후 Looker Studio로 탐색을 클릭합니다. Looker Studio가 새 탭에서 열립니다. 새 탭에서 다음 단계를 완료합니다.
차트 패널에서 시계열 차트를 선택합니다.
차트 패널 아래의 데이터 패널에서 측정항목 섹션으로 이동합니다.
history_value
,forecast_value
,prediction_interval_lower_bound
,prediction_interval_upper_bound
측정항목을 추가합니다. 그런 다음 기본 측정항목Record Count
를 삭제합니다.스타일 패널에서 데이터 누락 옵션으로 스크롤하고 선을 0에 연결 대신 줄바꿈을 사용합니다.
이 단계를 완료한 후에는 다음 그래프가 왼쪽 패널에 표시됩니다. 입력된 과거 시계열은 파란색으로 표시되고 예측된 시계열은 녹색으로 표시됩니다. 예측 구간은 하단 시계열과 상단 시계열 사이의 리전입니다.
삭제
이 튜토리얼에서 사용된 리소스 비용이 Google Cloud 계정에 청구되지 않도록 하려면 리소스가 포함된 프로젝트를 삭제하거나 프로젝트를 유지하고 개별 리소스를 삭제하세요.
- 만든 프로젝트를 삭제할 수 있습니다.
- 또는 프로젝트를 유지하고 데이터 세트를 삭제할 수 있습니다.
데이터 세트 삭제
프로젝트를 삭제하면 프로젝트의 데이터 세트와 테이블이 모두 삭제됩니다. 프로젝트를 다시 사용하려면 이 튜토리얼에서 만든 데이터 세트를 삭제할 수 있습니다.
필요한 경우 Google Cloud 콘솔에서 BigQuery 페이지를 엽니다.
앞서 만든 bqml_tutorial 데이터 세트를 탐색에서 선택합니다.
창의 오른쪽에 있는 데이터 세트 삭제를 클릭합니다. 데이터 세트, 테이블, 모든 데이터가 삭제됩니다.
데이터 세트 삭제 대화상자에서 데이터 세트 이름(
bqml_tutorial
)을 입력하여 삭제 명령어를 확인한 후 삭제를 클릭합니다.
프로젝트 삭제
프로젝트를 삭제하는 방법은 다음과 같습니다.
- 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.
다음 단계
- NYC 도심 자전거 운행 데이터의 단일 쿼리를 사용하여 여러 시계열을 예측하는 방법을 알아보세요.
- ARIMA_PLUS를 가속화하여 몇 시간 내에 시계열 100만 개 예측을 사용 설정하는 방법을 알아보세요.
- 머신러닝 단기집중과정을 참조하여 머신러닝을 알아보세요.
- BigQuery ML 개요는 BigQuery ML 소개를 참조하세요.
- Google Cloud 콘솔에 대한 자세한 내용은 Google Cloud 콘솔 사용을 참조하세요.