Automated machine learning (AutoML) algorithms have grown in popularity due to their high performance and flexibility to adapt to different problems and data sets. With the increasing number of AutoML algorithms, deciding which would best suit a given problem becomes increasingly more work. Therefore, it is essential to use complex and challenging benchmarks which would be able to differentiate the AutoML algorithms from each other. This paper compares the performance of four different AutoML algorithms: Tree-based Pipeline Optimization Tool (TPOT), Auto-Sklearn, Auto-Sklearn 2, and H2O AutoML. We use the Diverse and Generative ML benchmark (DIGEN), a diverse set of synthetic datasets derived from generative functions designed to highlight the strengths and weaknesses of the performance of common machine learning algorithms. We confirm that AutoML can identify pipelines that perform well on all included datasets. Most AutoML algorithms performed similarly without much room for improvement; however, some were more consistent than others at finding high-performing solutions for some datasets.

比较不同的汽车框架是具有挑战性的，并且经常做错了。我们引入了一个开放且可扩展的基准测试，该基准遵循最佳实践，并在比较自动框架时避免常见错误。我们对71个分类和33项回归任务进行了9个著名的自动框架进行了详尽的比较。通过多面分析，评估模型的准确性，与推理时间的权衡以及框架失败，探索了自动框架之间的差异。我们还使用Bradley-terry树来发现相对自动框架排名不同的任务子集。基准配备了一个开源工具，该工具与许多自动框架集成并自动化经验评估过程端到端：从框架安装和资源分配到深入评估。基准测试使用公共数据集，可以轻松地使用其他Automl框架和任务扩展，并且具有最新结果的网站。

自动化机器学习（AutomL）的基本任务是在给定数据集中自动查找流量的流水线的问题。此问题已通过贝叶斯优化，语法族遗传算法和树搜索算法等复杂的黑盒优化技术来解决了这个问题。大多数当前方法都是通过假设优化分离的管道的组分可以产生次优效果。我们展示了天真的Automl，这一方法确实如此：它可以在隔离中优化预定义的流水线方案的不同算法。最后返回的管道通过仅采用每个插槽的最佳算法获得。孤立的优化导致大幅减少的搜索空间，并且令人惊讶地，这种方法产生比目前最先进的优化器的相当且有时更好的性能。

机器学习（ML）提供了在具有较大特征空间和复杂关联的数据中通常在数据中检测和建模关联的强大方法。已经开发了许多有用的工具/软件包（例如Scikit-learn），以使数据处理，处理，建模和解释的各种要素可访问。但是，对于大多数研究人员来说，将这些元素组装成严格，可复制，无偏见和有效的数据分析管道并不是微不足道的。自动化机器学习（AUTOML）试图通过简化所有人的ML分析过程来解决这些问题。在这里，我们介绍了一个简单，透明的端到端汽车管道，设计为一个框架，以轻松进行严格的ML建模和分析（最初限于二进制分类）。 Streamline专门设计用于比较数据集，ML算法和其他AutoML工具之间的性能。通过使用精心设计的一系列管道元素，通过提供完全透明且一致的比较基线，它是独特的，包括：（1）探索性分析，（2）基本数据清洁，（3）交叉验证分区，（4）数据缩放和插补，（5）基于滤波器的特征重要性估计，（6）集体特征选择，（7）通过15个已建立算法的“ Optuna”超参数优化的ML建模（包括较不知名的基因编程和基于规则的ML ），（8）跨16个分类指标的评估，（9）模型特征重要性估计，（10）统计显着性比较，以及（11）自动导出所有结果，图，PDF摘要报告以及可以轻松应用于复制数据。

The success of machine learning in a broad range of applications has led to an ever-growing demand for machine learning systems that can be used off the shelf by non-experts. To be effective in practice, such systems need to automatically choose a good algorithm and feature preprocessing steps for a new dataset at hand, and also set their respective hyperparameters. Recent work has started to tackle this automated machine learning (AutoML) problem with the help of efficient Bayesian optimization methods. Building on this, we introduce a robust new AutoML system based on scikit-learn (using 15 classifiers, 14 feature preprocessing methods, and 4 data preprocessing methods, giving rise to a structured hypothesis space with 110 hyperparameters). This system, which we dub AUTO-SKLEARN, improves on existing AutoML methods by automatically taking into account past performance on similar datasets, and by constructing ensembles from the models evaluated during the optimization. Our system won the first phase of the ongoing ChaLearn AutoML challenge, and our comprehensive analysis on over 100 diverse datasets shows that it substantially outperforms the previous state of the art in AutoML. We also demonstrate the performance gains due to each of our contributions and derive insights into the effectiveness of the individual components of AUTO-SKLEARN.

自动化的机器学习（AUTOML）过程可能需要通过不仅机器学习（ML）组件及其超参数的复杂配置空间进行搜索，还需要将它们组合在一起，即形成ML管道。如果该管道配置空间过大，那么固定时间预算可实现的优化效率和模型精度可实现。一个关键的研究问题是，通过利用其历史表现来完成各种ML任务（即元知识），避免对ML管道的不良评估是否可能既可能又实用。以前的经验以分类器/回归器准确性排名的形式来自（1）（1）在历史自动运行期间进行的大量但无尽的管道评估数量，即“机会性”元知识，或（2）全面的交叉 - 通过默认超参数（即“系统”的元知识，对分类器/回归器的验证评估。使用AUTOWEKA4MCPS软件包进行了许多实验，表明（1）机会性/系统的元知识可以改善ML的结果，通常与元知识的相关性以及（2）配置空间扣除在不太保守的情况下是最佳的（2）也不是激进的。但是，元知识的效用和影响急性取决于其发电和剥削的许多方面，并保证了广泛的分析；这些通常在汽车和元学习文献中被忽视/不足。特别是，我们观察到对数据集的“挑战”的强烈敏感性，即选择预测因子的特异性是否会导致性能明显更好。最终，确定这样定义的“困难”数据集对于生成信息丰富的元知识基础和理解最佳搜索空间降低策略至关重要。

Many different machine learning algorithms exist; taking into account each algorithm's hyperparameters, there is a staggeringly large number of possible alternatives overall. We consider the problem of simultaneously selecting a learning algorithm and setting its hyperparameters, going beyond previous work that addresses these issues in isolation. We show that this problem can be addressed by a fully automated approach, leveraging recent innovations in Bayesian optimization. Specifically, we consider a wide range of feature selection techniques (combining 3 search and 8 evaluator methods) and all classification approaches implemented in WEKA, spanning 2 ensemble methods, 10 meta-methods, 27 base classifiers, and hyperparameter settings for each classifier. On each of 21 popular datasets from the UCI repository, the KDD Cup 09, variants of the MNIST dataset and CIFAR-10, we show classification performance often much better than using standard selection/hyperparameter optimization methods. We hope that our approach will help non-expert users to more effectively identify machine learning algorithms and hyperparameter settings appropriate to their applications, and hence to achieve improved performance.

无论是在功能选择的领域还是可解释的AI领域，都有基于其重要性的“排名”功能的愿望。然后可以将这种功能重要的排名用于：（1）减少数据集大小或（2）解释机器学习模型。但是，在文献中，这种特征排名没有以系统的，一致的方式评估。许多论文都有不同的方式来争论哪些具有重要性排名最佳的特征。本文通过提出一种新的评估方法来填补这一空白。通过使用合成数据集，可以事先知道特征重要性得分，从而可以进行更系统的评估。为了促进使用新方法的大规模实验，在Python建造了一个名为FSEVAL的基准测定框架。该框架允许并行运行实验，并在HPC系统上的计算机上分布。通过与名为“权重和偏见”的在线平台集成，可以在实时仪表板上进行交互探索图表。该软件作为开源软件发布，并在PYPI平台上以包裹发行。该研究结束时，探索了一个这样的大规模实验，以在许多方面找到参与算法的优势和劣势。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

我们提出了TABPFN，这是一种与小型表格数据集上的最新技术竞争性的自动化方法，而更快的速度超过1,000美元。我们的方法非常简单：它完全符合单个神经网络的权重，而单个正向通行证直接产生了对新数据集的预测。我们的AutoML方法是使用基于变压器的先验数据拟合网络（PFN）体系结构进行元学习的，并近似贝叶斯推断，其先验是基于简单性和因果结构的假设。先验包含庞大的结构性因果模型和贝叶斯神经网络，其偏见是小体系结构，因此复杂性较低。此外，我们扩展了PFN方法以在实际数据上校准Prior的超参数。通过这样做，我们将抽象先前的假设与对真实数据的启发式校准分开。之后，修复了校准的超参数，并在按钮按钮时可以将TABPFN应用于任何新的表格数据集。最后，在OpenML-CC18套件的30个数据集上，我们表明我们的方法优于树木，并与复杂的最新Automl系统相同，并且在不到一秒钟内产生的预测。我们在补充材料中提供所有代码和最终训练的TABPFN。

自动化机器学习近年来取得了卓越的技术发展，并建立了自动化机器学习管道现在是一个必不可少的任务。模型集合是组合多种模型来获得更好更强更强的模型的技术。然而，现有的自动化机器学习在处理模型集合方面往往是简单的，其中集合策略是固定的，例如堆叠的泛化。不同的集合方法有很多技术，尤其是合奏选择，固定的集合策略限制了模型性能的上限。在本文中，我们为自动化机器学习提出了一种新颖的框架。我们的框架纳入了动态集合选择的进步，并提出了我们最佳知识，我们的方法是自动策略领域的第一个搜索和优化集合策略。在比较实验中，我们的方法优于来自OpenML平台的42个分类数据集中具有相同CPU时间的最先进的自动化机器学习框架。对我们框架的消融实验验证了我们提出的方法的有效性。

本文报告了Chalearn的Autodl挑战系列的结果和后攻击分析，这有助于对自动学习（DL）进行分类，以便在各种环境中引入的深度学习（DL），但缺乏公平的比较。格式化所有输入数据模型（时间序列，图像，视频，文本，表格）作为张量，所有任务都是多标签分类问题。代码提交已在隐藏的任务上执行，具有限制时间和计算资源，推动快速获取结果的解决方案。在此设置中，DL方法占主导地位，但流行的神经结构搜索（NAS）是不切实际的。解决方案依赖于微调预培训的网络，架构匹配数据模块。挑战后测试没有透露超出强加时间限制的改进。虽然没有组件尤其原始或新颖，但是一个高级模块化组织出现了“Meta-Learner”，“数据摄入”，“模型选择器”，“模型/学习者”和“评估员”。这种模块化使得消融研究，揭示了（离坡）元学习，合奏和高效数据管理的重要性。异构模块组合的实验进一步证实了获胜解决方案的（本地）最优性。我们的挑战队遗产包括一个持久的基准（http://utodl.chalearn.org），获胜者的开放源代码，以及免费的“autodl自助服务”。

鉴于新的数据集D和低计算预算，我们应该如何选择预培训的模型来微调D，并设置微调的超参数而不冒险过度拟合，尤其是在D小的情况下？在这里，我们扩展了自动化的机器学习（AUTOML），以最好地做出这些选择。我们与域无关的元学习方法学习了一个零拍的替代模型，在测试时，该模型允许选择正确的深度学习（DL）管道（包括预训练的模型和微调的超参数）仅给定描述d的琐碎元功能，例如图像分辨率或类的数量。为了训练这种零射模型，我们在大量数据集中收集了许多DL管道的性能数据，并在此数据上收集了元训练，以最大程度地减少成对排名目标。我们在Chalearn AutoDL挑战基准的视觉轨道的严格时间限制下评估我们的方法，显然优于所有挑战竞争者。

Automl系统通过对有效的数据转换和学习者进行搜索以及为每个学习者进行超参数优化，从而自动构建机器学习模型。许多汽车系统使用元学习来指导搜索最佳管道。在这项工作中，我们提出了一个名为KGPIP的新颖的元学习系统，（1）通过通过程序分析挖掘数千个脚本来构建数据集和相应管道数据库，（2）使用数据集嵌入式来在数据库中找到基于数据库的类似数据集（3）在其内容上而不是基于元数据的功能上，模型Automl Pipeline创建作为图形生成问题，以简洁地表征单个数据集看到的各种管道。 KGPIP的元学习是汽车系统的子组件。我们通过将KGPIP与两个自动系统集成在一起来证明这一点。我们使用126个数据集的全面评估，包括最先进的系统使用的数据集，这表明KGPIP明显优于这些系统。

Automated Machine Learning (AutoML) has been used successfully in settings where the learning task is assumed to be static. In many real-world scenarios, however, the data distribution will evolve over time, and it is yet to be shown whether AutoML techniques can effectively design online pipelines in dynamic environments. This study aims to automate pipeline design for online learning while continuously adapting to data drift. For this purpose, we design an adaptive Online Automated Machine Learning (OAML) system, searching the complete pipeline configuration space of online learners, including preprocessing algorithms and ensembling techniques. This system combines the inherent adaptation capabilities of online learners with the fast automated pipeline (re)optimization capabilities of AutoML. Focusing on optimization techniques that can adapt to evolving objectives, we evaluate asynchronous genetic programming and asynchronous successive halving to optimize these pipelines continually. We experiment on real and artificial data streams with varying types of concept drift to test the performance and adaptation capabilities of the proposed system. The results confirm the utility of OAML over popular online learning algorithms and underscore the benefits of continuous pipeline redesign in the presence of data drift.

端到端的Automl吸引了学术界和行业的密集兴趣，它们在功能工程，算法/模型选择和超参数调整引起的空间中自动搜索ML管道。但是，现有的Automl系统在适用于具有较大高维搜索空间的应用程序域时会遇到可伸缩性问题。我们提出了火山洛（Volcanoml），这是一个可扩展且可扩展的框架，可促进对大型汽车搜索空间的系统探索。 Volcanoml引入并实施了将大型搜索空间分解为较小的基本构建块，并允许用户利用这些构建块来制定手头上的汽车问题的执行计划。 Volcanoml进一步支持火山风格的执行模型（类似于现代数据库系统支持的模型）来执行构建的计划。我们的评估表明，不仅火山团提高了汽车中搜索空间分解的表达水平，还导致了分解策略的实际发现，这些发现比先进的自动符号系统所采用的策略更有效率地更加有效。作为自动滑雪。

我们为五个数据描述符优化的一级分类提供了彻底处理一级分类：支持向量机（SVM），最近的邻居距离（NND），局部最近的邻居距离（LNND），本地离群因子（LOF）和平均局部接近性（ALP）。 SVM和LOF的超参数必须通过交叉验证进行优化，而NND，LNND和ALP允许有效的保留验证形式，并重新使用单个最近的近近地查询。我们通过从50个数据集中提取的246个分类问题来评估超参数优化的效果。从一系列优化算法中，最近的Malherbe-Powell提案最有效地优化了所有数据描述符的超参数。我们计算了测试AUROC的增加以及过度拟合的量，这是高参数评估数量的函数。经过50次评估，ALP和SVM显着胜过LOF，NND和LNND，LOF和NND的表现均优于LNND。 ALP和SVM的性能是可比的，但是ALP可以更有效地优化ALP，因此构成了一个不错的默认选择。另外，使用验证AUROC作为ALP或SVM之间的选择标准可获得最佳的总体结果，而NND是计算要求最少的选项。因此，我们最终以三种选择之间的明确权衡取舍，从而允许从业者做出明智的决定。

在开发和分析新的高参数优化方法时，在经过良好策划的基准套件上进行经验评估和比较至关重要。在这项工作中，我们提出了一套新的具有挑战性和相关的基准问题，这些问题是由此类基准测试的理想属性和要求所激发的。我们新的基于替代物的基准集合包含14个方案，这些方案总共构成了700多个多保体超参数优化问题，所有这些方案都可以实现多目标超参数优化。此外，我们从经验上将基于替代物的基准测试与更广泛的表格基准进行了比较，并证明后者可能会在HPO方法的性能排名中产生不忠实的结果。我们检查并比较了根据定义要求的基准收集，并提出了一个单目标和多目标基准套件，我们在基准实验中比较了7个单目标和7个多目标优化器。我们的软件可从[https://github.com/slds-lmu/yahpo_gym]获得。

超参数优化构成了典型的现代机器学习工作流程的很大一部分。这是由于这样一个事实，即机器学习方法和相应的预处理步骤通常只有在正确调整超参数时就会产生最佳性能。但是在许多应用中，我们不仅有兴趣仅仅为了预测精度而优化ML管道；确定最佳配置时，必须考虑其他指标或约束，从而导致多目标优化问题。由于缺乏知识和用于多目标超参数优化的知识和容易获得的软件实现，因此通常在实践中被忽略。在这项工作中，我们向读者介绍了多个客观超参数优化的基础知识，并激励其在应用ML中的实用性。此外，我们从进化算法和贝叶斯优化的领域提供了现有优化策略的广泛调查。我们说明了MOO在几个特定ML应用中的实用性，考虑了诸如操作条件，预测时间，稀疏，公平，可解释性和鲁棒性之类的目标。

我们介绍了数据科学预测生命周期中各个阶段开发和采用自动化的技术和文化挑战的说明概述，从而将重点限制为使用结构化数据集的监督学习。此外，我们回顾了流行的开源Python工具，这些工具实施了针对自动化挑战的通用解决方案模式，并突出了我们认为进步仍然需要的差距。