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O que é aprendizado de máquina on-line?

Online ML: Aprende de forma adaptativa a partir de pontos de dados em tempo real, fornecendo previsões oportunas e precisas em ambientes ricos em dados.
abr. de 2024  · 5 min leer

O aprendizado de máquina on-line é um método de aprendizado de máquina em que o modelo aprende de forma incremental a partir de um fluxo de pontos de dados em tempo real. É um processo dinâmico que adapta seu algoritmo de previsão ao longo do tempo, permitindo que o modelo mude à medida que novos dados chegam. Esse método é incrivelmente significativo nos atuais ambientes ricos em dados e em rápida evolução, pois pode fornecer previsões precisas e em tempo hábil.

Aprendizado de máquina on-line explicado

No aprendizado de máquina tradicional, ou "em lote", o modelo é treinado usando todo o conjunto de dados de uma só vez. Esse processo costuma ser intensivo em termos de computação e pode não refletir as alterações em tempo real. Em contrapartida, o aprendizado de máquina on-line processa um ponto de dados por vez, atualizando os parâmetros do modelo à medida que avança.

Considere isso como aprender a andar de bicicleta. O aprendizado em lote é como ler um livro completo sobre ciclismo antes de subir na bicicleta. Você reuniu todas as informações, mas elas podem não ser práticas quando você estiver na estrada, enfrentando terrenos e condições climáticas variadas.

Por outro lado, o aprendizado on-line é como aprender a andar de bicicleta à medida que você avança, ajustando o equilíbrio e a velocidade de pedalada de acordo com a estrada em que está. Você se adapta ao terreno, à direção do vento e a outros fatores em tempo real.

Os algoritmos subjacentes ao aprendizado de máquina on-line variam, mas a maioria deles se concentra em minimizar o erro de previsão para a próxima instância com base nos dados vistos anteriormente. Alguns algoritmos comumente usados incluem o incremental Stochastic Gradient Descent (SGD), algoritmos Passive-Aggressive e Perceptron.

Casos de uso reais de aprendizado de máquina on-line

  • Mercados financeiros. Os preços das ações flutuam rapidamente durante o dia. Os algoritmos de aprendizado de máquina on-line podem ser usados para se adaptar a essas mudanças em tempo real, fornecendo previsões mais precisas e melhores estratégias de investimento.
  • Sistemas de monitoramento de saúde. A tecnologia vestível, como os smartwatches, coleta continuamente dados sobre frequência cardíaca, padrões de sono, etc. Usando o aprendizado on-line, esses dispositivos podem detectar anomalias e possivelmente prever problemas de saúde com base em dados em tempo real.
  • Detecção de fraudes. As transações bancárias on-line e digitais geram fluxos contínuos de dados. Com o aprendizado on-line, as transações fraudulentas podem ser detectadas instantaneamente, evitando perdas.

Quais são os benefícios da aprendizagem automática on-line?

  • Adaptabilidade. Assim como o ciclista aprende à medida que avança, o aprendizado de máquina on-line pode se adaptar a novos padrões nos dados, melhorando seu desempenho ao longo do tempo.
  • Escalabilidade. Como a aprendizagem on-line processa os dados um de cada vez, ela não exige a capacidade de armazenamento que a aprendizagem em lote exige. Isso o torna escalável para aplicativos de big data.
  • Previsões em tempo real. Ao contrário do aprendizado em lote, que pode estar desatualizado no momento em que é implementado, o aprendizado on-line fornece percepções em tempo real, o que pode ser fundamental em muitos aplicativos, como negociação de ações e monitoramento de saúde.
  • Eficiência. Como o aprendizado de máquina on-line permite o aprendizado e a atualização contínuos dos modelos, isso pode levar a processos de tomada de decisão mais rápidos e econômicos.

Quais são as limitações da aprendizagem automática on-line?

  • Sensível à sequência. A ordem em que os dados são apresentados pode afetar o processo de aprendizado. Um ponto de dados incomum pode alterar significativamente os parâmetros do modelo, levando à diminuição da precisão.
  • Menos controle sobre o treinamento. Diferentemente do aprendizado em lote, em que você pode controlar o processo de treinamento, o aprendizado on-line está sempre ativo. Um influxo inesperado de dados de má qualidade pode levar a previsões ruins.
  • Falta de interpretabilidade. Os algoritmos de aprendizagem on-line, especialmente aqueles baseados em aprendizagem profunda ou redes neurais, podem ser altamente complexos e difíceis de interpretar. Essa falta de interpretabilidade pode dificultar a compreensão e a explicação das decisões do modelo.

Devido a essas limitações, os modelos de aprendizado em lote são mais adequados em cenários em que a ordem de apresentação dos dados não é importante, há necessidade de mais controle sobre o processo de treinamento e a interpretabilidade das decisões do modelo é crucial.

Aprendizado de máquina on-line versus aprendizado incremental

Embora tanto o aprendizado on-line quanto o incremental processem os dados peça por peça, há diferenças sutis. A aprendizagem on-line processa os dados em tempo real e atualiza continuamente o modelo, enquanto a aprendizagem incremental processa partes dos dados em intervalos programados.

Considere a diferença entre transmitir um filme por streaming (aprendizado on-line) e assisti-lo em partes à medida que é baixado (aprendizado incremental). Ambos os métodos permitem que você assista ao filme sem esperar pelo download completo, mas a experiência e a adaptabilidade em tempo real são diferentes.

Implementação da aprendizagem automática on-line

Na produção, os modelos off-line são comumente usados. Esses modelos são treinados em dados generalizados e oferecem desempenho consistente. No entanto, a implementação de modelos de aprendizado de máquina on-line requer muitas etapas, verificações e equilíbrios:

  1. Comece com um modelo off-line para depurar problemas fundamentais antes de adicionar a complexidade do aprendizado on-line.
  2. Use um conjunto de validação para avaliar o desempenho do modelo ao longo do tempo.
  3. Gerencie o conceito e o desvio de dados detectando alterações e adaptando o modelo usando técnicas como a ponderação de dados recentes.
  4. Treine novamente e regularmente o modelo completo off-line para evitar a perda de capacidade do modelo.
  5. Comece com algoritmos simples e rápidos, como classificadores SGD, antes de usar os mais complexos.
  6. Monitore de perto a qualidade dos dados recebidos.
  7. Tenha um plano de reversão para reverter para versões anteriores do modelo se as atualizações causarem problemas.
  8. Atualize o modelo de forma incremental, em vez de fazer uma adaptação excessiva a exemplos recentes.

Embora, em teoria, os modelos on-line possam parecer perfeitos para prever as flutuações em tempo real dos preços do mercado de ações, a implementação dessas soluções na prática pode ser assustadora devido à sua sensibilidade aos dados de entrada. Para garantir o sucesso, é necessário incorporar verificações de qualidade, monitoramento em tempo real e um plano de reversão.

Quer saber mais sobre IA e aprendizado de máquina? Confira os seguintes recursos:

Perguntas frequentes

Qualquer algoritmo de aprendizado de máquina pode ser usado para aprendizado on-line?

Nem todos os algoritmos são adequados para o aprendizado on-line. Os algoritmos precisam ser capazes de atualizar seu modelo de forma incremental com base em uma única instância a ser usada para aprendizado on-line.

Qual é a diferença entre aprendizagem on-line e aprendizagem em tempo real?

O aprendizado on-line e o aprendizado em tempo real são frequentemente usados como sinônimos, mas há uma diferença sutil. Embora ambos os métodos processem os dados à medida que eles chegam, o aprendizado em tempo real tem a conotação adicional de restrições de tempo. Isso implica que o modelo não apenas aprende, mas também faz previsões em um período de tempo limitado.

O aprendizado on-line pode ser usado para dados off-line?

Sim, os algoritmos de aprendizado on-line podem ser usados para dados off-line, simulando um fluxo de dados do conjunto de dados. No entanto, é preciso lembrar que o verdadeiro poder do aprendizado on-line brilha com fluxos de dados em tempo real.

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