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數(shù)據(jù)科學家：那些年，我都學過哪些編程語言......
2018-10-25
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作者: Elena Nisioti
編譯: Mika
本文為 CDA 數(shù)據(jù)分析師原創(chuàng)作品，轉(zhuǎn)載需授權
 
我們對事物的看法各不相同，有時他人特別喜歡的語言可能會成為另一個人的的噩夢。而我個人的噩夢是用C語言進行日常的編程工作。
本文就介紹了作為數(shù)據(jù)科學家，我在職業(yè)生涯中所學過的語言，其中包括MATLAB、Weka、R、C ++以及Python。
數(shù)據(jù)科學是一個廣泛的領域，從業(yè)者來自各種專業(yè)背景，如經(jīng)濟學，生物學和語言學等等。盡管數(shù)據(jù)科學最初源于統(tǒng)計領域，但它很快覆蓋了計算機科學領域，如今數(shù)據(jù)科學已成為了必不可少的工具。
因此，用于數(shù)據(jù)科學的編程語言的發(fā)展就像宇宙一樣：可能窮其一生都難以完全探索，并且還在不斷擴展。
眾所周知，語言的通用性、用途和復雜性需要權衡利弊。因此，一門語言的流行程度僅應作為當前趨勢的一個指標，而不是決定你選擇的因素。歸根結(jié)底，這是涉及到應用、經(jīng)驗和個人偏好的問題。
 
MATLAB
通過吳恩達的機器學習課程，我開始接觸機器學習領域。如果你也想學習機器學習，這是一個很不錯的選擇。
雖然當時Python和R語言更受歡迎，但吳恩達在課程中選擇了MATLAB。當時我并沒有覺得有什么困擾，但如今看來有些奇怪。數(shù)據(jù)科學課程的側(cè)重點應該在于如何進行數(shù)據(jù)分析，而不是使用某種語言進行分析。
吳恩達在這門課程中選擇了比較通用的MATLAB語言，原因之一在于該課程的受眾主要是計算機專業(yè)的科學家和工程師，他們已經(jīng)很熟悉MATLAB了。而且該課程的重點是，在不使用庫的情況下實現(xiàn)學習算法，因此MATLAB與任何專業(yè)語言一樣出色。
雖然我很推崇自動化工具和便捷型庫，但在開始進入數(shù)據(jù)科學領域時，自己動手這一點也是十分重要的。
MATLAB不缺少執(zhí)行各種數(shù)據(jù)分析和機器學習任務的庫。對于信號處理和控制工程師等人來說，它是首選框架。
但不難理解為什么MATLAB征服數(shù)據(jù)分析領域，畢竟它不開源，且非常昂貴的工具。至于Octave，雖然開源且能兼容MATLAB代碼，但性能卻遠遠不及MATLAB。
 
 
WEKA
我學習Weka的經(jīng)歷是短暫的。在大學時期，Weka作為我完成模式識別課程作業(yè)一種工具。
通過這個課程，我得到最有價值的教訓是：GUI對數(shù)據(jù)科學家的影響是深遠的。Weka以其易用性和可理解性引以為豪，并聲稱只需加載數(shù)據(jù)集并按下按鈕就可以輕松訓練機器學習模型。這當中的益處也是顯而易見的，畢竟當時市場對預測模型的需求很大，而且能夠滿足這種需求的人才并不多。
尋找自動化工具并使用得出解決方案是當前的研究領域，即AutoML，但我們花了幾年時間，并經(jīng)歷過大量失敗才意識到，這一過程離不開人類的參與。
在上世紀90年代末，那種認為沒有充分理解數(shù)據(jù)就能構建模型的幻想破滅了。自動化工具能夠簡化我們的工作，發(fā)現(xiàn)算法的良好參數(shù)化、實用的預處理步驟以及高效的測試管道。但它們不能替代人類專家，至少以我們目前的專業(yè)水平。
總而言之，你應該對你創(chuàng)建的模型負責。
 
在我的畢業(yè)論文中，我深入研究并探索了R語言的特性和奧妙。你可能聽說過，R語言是數(shù)據(jù)分析語言家族中的一個特殊的語言。R語言學習起來并不容易，這需要一個學習過程，在剛開始學習時我常常會感到自我懷疑和迷失方向的感覺。
我們的目標是創(chuàng)建能夠自動執(zhí)行機器學習實驗的軟件工具。R更像是一種目的，而不是一種手段，因為我們希望通過使用豐富的R語言庫對機器學習技術進行廣泛的研究。
當時我想要構建完整的框架，并且在畢業(yè)設計中利用面向?qū)ο缶幊?，因此必須解決的第一個問題是：R語言是否支持面向?qū)ο螅看鸢甘强隙ǖ摹嶋H上，它有四種不同的方式。這些都與我在C ++，Java或Python中遇到的面向?qū)ο缶幊滩⒉幌嗤?/span>
R語言還提供了許多方便的工具，例如data.frames，它能夠輕松捕獲數(shù)據(jù)集的特征和需求。但是，R語言中也有一些的技術性問題讓我感到頭疼。RStudio是R的免費UI，當繪圖不適合其平面時，就會引發(fā)運行時錯誤等等。
雖然我再也不會嘗試用R語言中從頭開始構建框架，但R語言提供的大量軟件包可以助你進行可視化和預處理，這些都是很不錯的優(yōu)勢。
 
 
C++
現(xiàn)在你肯定會問，為什么要用C ++進行數(shù)據(jù)分析？為什么有人這樣做？
暑期我曾在一家公司實習，該公司用的就是C ++，我猜測公司也許是考慮到傳統(tǒng)和商業(yè)的結(jié)合，因此選擇了能夠高效執(zhí)行的代碼。
盡管如此，我仍決定使用R語言。在實習結(jié)束時，我再將模型和函數(shù)轉(zhuǎn)移到C ++。由于有各種圖表和出眾的預處理技術，R語言也引起了公司里用C ++做數(shù)據(jù)分析的人的注意，一些同事甚至對R感興趣并開始嘗試它。
在獲得滿意的結(jié)果后，通過使用簡單的R包用于PCA和支持向量機，我嘗試將模型合并到龐大的C ++框架中。libsvm 軟件包很適合這種情況，并能提供與支持向量機相關的操作。
如今，當你想要跨語言轉(zhuǎn)移機器學習模型時，存在很多選擇。比如你可以轉(zhuǎn)移數(shù)學模型，即算法的參數(shù)化，然后通過跨庫轉(zhuǎn)換模型文件，或使用包跨語言進行交互。
我發(fā)現(xiàn)，簡單地使用相同的參數(shù)化是不夠的。雖然算法保持不變，比如具有高斯核的SVM， 不同的實現(xiàn)可能采用不同的數(shù)學模型，因此需要不同的參數(shù)集。即使模型保持不變，特定的實現(xiàn)因素也會嚴重影響模型的性能，因此需要不同的參數(shù)化。
最合適的方式是使用rcpp，一個能連接C ++框架和R腳本的包。一些軟件包也支持兩種不同語的庫之間的兼容性，但很少用于這種情況。
 
Python
我和現(xiàn)任主管之間曾有過這樣的對話：
—— 在未來的工作中你打算使用哪種語言？
——我想我會用Python。
——你曾用過Python嗎？
——不，我用過很多語言，我對Python有不錯的預感。
很高興我說服了他，如今我使用Python進行數(shù)據(jù)分析十分舒心。易于設置實驗，附加功能以及豐富的庫帶來的便利性讓我的工作非常順利。雖然我主要自己編寫代碼，但到目前為止，我常常通過OpenAI Gym 來定義強化學習實驗環(huán)境。同時還有TensorForce，這是一個擴展TensorFlow的庫，能提供了大量的強化學習算法。
不過，我的意思并不是指Python就是無敵的。程序員不應該局限于某種語言，而是應該不斷地嘗試。因此，下次當你遇到新數(shù)據(jù)集時，不要害怕嘗試新的軟件。就算失敗了，你也會從中有所收獲。

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