爱奇艺 Opal 机器学习平台：特征中心建设实践

Opal 是爱奇艺大数据团队研发的一站式机器学习平台，旨在提升特征迭代、模型训练效率，帮助业务提高收益。整个平台覆盖了机器学习生命周期中特征生产、样本构建、模型探索、模型训练、模型部署等在内的多个关键环节。其中特征作为模型训练的基石，其重要性不言而喻，如何让用户借助平台的能力，提升其业务侧特征迭代效率，从而达到预期的目标，是作为平台方需要思考的关键问题之一。在 Opal 中，特征生产、存储、访问等共同组成了特征中心的核心功能。本文将重点介绍特征中心相关工作。关于 Opal 的更多介绍，详见：Opal 机器学习平台：爱奇艺数智一体化实践

简单来说，特征中心是用来生产、共享、管理机器学习模型特征的工具平台。算法工程师或数据分析人员可以在平台上方便的创建及分享特征，而平台侧协助解决特征生产和使用过程中碰到的各类问题，提高特征的迭代效率。

特征中心基本适用于所有需要特征的场景，典型的如推荐、广告、风控等场景。特征表注册在特征中心中，特征中心可以自动完成在线和离线表的构建，保证在线和离线的一致性，同时保证特征表只存一份的情况下，能够向多人共享特征，减少资源成本。另外特征中心还可以节省时间成本，原来需要复杂的 SQL 操作，比如导出训练表、数据导表等操作，现在在特征中心中都可以通过 Web UI 进行简单的拖拽式配置完成。

算法模型本质上是一个映射函数，输入数值型的向量，输出是基于某个目标对候选集的排序。在爱奇艺场景中，离线训练时，算法工程师需要先从原始日志抽取出特征，并基于此构建训练样本；在线服务时，要根据端侧用户的用户 ID 和 视频 ID 查询出对应的原始特征，并根据 DSL 配置将原始特征转换为训练特征，最后调用预测服务得到预测值。

一般来说，想提高模型效果只能从以下两方面着手：

1. 模型侧优化:  这是一种以优化模型结构、调优模型超参数为主的系统调优策略，通过调整参数不断优化模型的效果指标，我们将对应的优化称为模型侧优化；
2. 数据侧优化：与模型侧优化相对应，这是一种以调整数据集质量为主的系统调优策略，通过改进数据质量来提升模型效果，在做数据侧优化时，可以认为模型是固定的。但实际业务中，人们往往很容易认为模型效果不好，是因为模型不好，但却忽略了数据集本身对模型效果的巨大影响。

1. 如何应对海量的用户请求？爱奇艺拥有海量观影用户，对特征的访问又是极高频的操作，如何应对高 QPS 的请求是特征中心面临的挑战之一；
2. 如何满足对特征的实时化要求？在广告、推荐、风控场景下，为保证算法模型的输出效果，对特征的实时性要求水涨船高；
3. 如何提高特征的扩展性和灵活性？业务场景日益复杂，特征需求灵活多变。从基础特征到统计序列特征组的生产，从离线特征的简单统计到实时特征的窗口计算、交叉特征等，业务方需要特征中台能够支持逐渐衍生而来的新特征类型和需求；
4. 如何满足快速迭代的业务诉求？特征中台提供的面向业务的 DSL 需要足够场景，特征生产链路尽量让业务少写代码，底层的计算引擎、存储引擎对业务完全透明，彻底释放业务计算、存储选型、调优的负担，彻底实现实时基础特征的规模化生产，不断提升特征生产力。

1. 特征输入：如何管理业务线的数据源，包括各类文本文件、Parquet 文件、Hive 表等；
2. 特征计算：如何表达特征计算逻辑，从原始日志中高效的抽取出需要的特征；
3. 特征存储：计算出来的特征存放在什么类型的系统中，这里涉及到存储成本和访问效率的权衡；
4. 特征转换：从原始特征到模型特征的转换，包含各类 DSL 的解析及转换。
   
   

1. 特征生产：解决了如何从各种类型的大数据源中进行特征计算、得到的结果如何存储的问题，平台设计了一套高效的特征计算算子，配合拖拽式的 Web 页面，托管运维用户的特征生产任务，协助用户高效地管理其特征；
2. 特征使用：解决了如何实现特征的线上访问，特征中心通过引入特征视图的概念，实现从特征复用，自定义转换等功能，并提供 Opal Feat View SDK 实现特征的动态序列化，多机房自动感知，就近访问等功能，为业务方屏蔽底层的存储细节，让其专注于业务逻辑上。

离线特征组

特征元数据管理、特征生产 DAG 配置

SQL 语法解析及 Schema 推断

特征质量校验及预警

任务重跑及异常告警

实时特征组

实时特征生产 DAG 配置

滑动窗口算子示例

窗口特征合并及状态复用

特征视图

统一离在线特征组端侧访问

特征转换及特征衍生

• 函数名为平台预定义的关键字
• 参数可以是 特征变量 或各种类型的 字面值常量
• 数值集合常量，如：[1, 2, 4]
• 字符串集合常量，如：['aaa', 'bbb']
• 特征变量，视图内任意合法的特征名称，由反引号标识，例如：`city`
• 数字常量，任意合法的数字，例如：123
• 字符串常量，由单引号标识，例如：'hello world'
• 集合常量，由中括号标识

Java 客户端接入，简化特征获取流程

运维监控大盘

1. 特征共享：随着平台中管理的特征越来越多，不可避免的会出现特征重复计算问题，平台有必要实现特征的分享，避免用户重复生产；
2. 实时特征的质量校验：对于离线特征，平台已有相对完善的特征校验模块，可以保证产出特征的质量，对实时特征也需要有一个相应的质量监测服务；
3. 特征热度计算：根据特征被线上访问的情况，推算出每个特征的热度，该热度可以后续协助业务方进行特征的重要性评估。