系统之间是否有随机种子兼容?

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我使用python的sklearn包创建了一个随机森林模型,我将种子设置为例如1234。为了生产模型,我们使用pyspark。如果我要传递相同的超高计和相同的种子值,即1234,它会得到相同的结果吗?

基本上,随机种子数是否在不同系统之间起作用?

python random scikit-learn pyspark apache-spark-mllib
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嗯,这正是一些问题,可以通过提供的一些实验和代码片段真正做到......

无论如何,似乎一般的答案是一个坚定的否定:不仅在Python和Spark MLlib之间,甚至在Spark子模块之间,或者在Python和Numpy之间......

下面是一些可重现的代码,在Databricks community cloud中运行(其中pyspark已经导入并初始化了相关的上下文):

import sys

import random
import pandas as pd
import numpy as np
from pyspark.sql.functions import rand, randn
from pyspark.mllib import random as r  # avoid conflict with native Python random module

print("Spark version " + spark.version)
print("Python version %s.%s.%s" % sys.version_info[:3])
print("Numpy version " + np.version.version)

# Spark version 2.3.1 
# Python version 3.5.2 
# Numpy version 1.11.1

s = 1234 # RNG seed


# Spark SQL random module:
spark_df = sqlContext.range(0, 10)
spark_df = spark_df.select("id", randn(seed=s).alias("normal"), rand(seed=s).alias("uniform"))


# Python 3 random module:
random.seed(s)
x = [random.uniform(0,1) for i in range(10)] # random.rand() gives exact same results

random.seed(s)
y = [random.normalvariate(0,1) for i in range(10)]

df = pd.DataFrame({'uniform':x, 'normal':y})


# numpy random module
np.random.seed(s)
xx = np.random.uniform(size=10)  # again, np.random.rand(10) gives exact same results

np.random.seed(s)
yy = np.random.randn(10)

numpy_df = pd.DataFrame({'uniform':xx, 'normal':yy})


# Spark MLlib random module
rdd_uniform = r.RandomRDDs.uniformRDD(sc, 10, seed=s).collect()
rdd_normal = r.RandomRDDs.normalRDD(sc, 10, seed=s).collect()

rdd_df = pd.DataFrame({'uniform':rdd_uniform, 'normal':rdd_normal})

以下是结果:

原生Python 3:

# df

     normal  uniform
0  1.430825 0.966454
1  1.803801 0.440733 
2  0.321290 0.007491 
3  0.599006 0.910976 
4 -0.700891 0.939269 
5  0.233350 0.582228
6 -0.613906 0.671563
7 -1.622382 0.083938
8  0.131975 0.766481
9  0.191054 0.236810

NumPy的:

# numpy_df

     normal  uniform
0  0.471435 0.191519
1 -1.190976 0.622109 
2  1.432707 0.437728
3 -0.312652 0.785359
4 -0.720589 0.779976
5  0.887163 0.272593
6  0.859588 0.276464 
7 -0.636524 0.801872 
8  0.015696 0.958139
9 -2.242685 0.875933

Spark SQL:

# spark_df.show()

+---+--------------------+-------------------+ 
| id|              normal|            uniform|
+---+--------------------+-------------------+
|  0|  0.9707422835368164| 0.9499610869333489| 
|  1|  0.3641589200870126| 0.9682554532421536|
|  2|-0.22282955491417034|0.20293463923130883|
|  3|-0.00607734375219...|0.49540111648680385|
|  4|  -0.603246393509015|0.04350782074761239|
|  5|-0.12066287904491797|0.09390549680302918|
|  6|  0.2899567922101867| 0.6789838400775526|
|  7|  0.5827830892516723| 0.6560703836291193|
|  8|   1.351649207673346| 0.7750229279150739|
|  9|  0.5286035772104091| 0.6075560897646175|
+---+--------------------+-------------------+

Spark MLlib:

# rdd_df

     normal  uniform 
0 -0.957840 0.259282 
1  0.742598 0.674052 
2  0.225768 0.707127 
3  1.109644 0.850683 
4 -0.269745 0.414752 
5 -0.148916 0.494394 
6  0.172857 0.724337
7 -0.276485 0.252977
8 -0.963518 0.356758
9  1.366452 0.703145

当然,即使上述结果相同,也不能保证scikit-learn中的随机森林的结果与pyspark随机森林的结果完全相同...

尽管回答是否定的,但我真的看不出它如何影响任何ML系统的部署,即如果结果主要取决于RNG,那么肯定是不对的......


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在过去,PRNG的可移植性不是特定的。机器架构,溢出处理和所使用的算法以及它所实现的语言的实现差异的差异意味着结果可能并且确实变化,即使它们名义上基于相同的数学公式。 1979年,Schrage(参见第1194页here)创建了一个便携式素数模乘法线性同余生成器,并表明它可以用机器和语言无关的方式实现“......只要机器可以代表区间内的所有整数 - 231至23 - 1.“他给出了一个具体的检查,实施者可以用来测试他们的实施,指定第1000个结果应该给予特定的种子价值。自Schrage开展工作以来,将算法设计为平台和语言无关已成为常态。

Python的默认生成器是Mersenne twister,Mersenne Twister home page上提供了各种独立于平台和语言的MT实现。如果Python在将来切换其默认生成器,那么除非您使用上面链接中提供的独立Python实现之一,否则无法保证兼容性。


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是的,(伪)随机数生成器是完全确定的,并且在给定相同输入的情况下始终返回相同的输出。当然,如果生成随机数的环境在不同系统中是相同的(可能存在不同版本的差异)。

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