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python-3.x - CPU 比使用 xgb 和 XGBclassifier 的 GPU 更快

问题描述

我提前道歉，因为我是初学者。我正在尝试使用 xgb 和 XGBclassifier 使用 XGBoost 进行 GPU 与 CPU 测试。结果如下：

   passed time with xgb (gpu): 0.390s
   passed time with XGBClassifier (gpu): 0.465s
   passed time with xgb (cpu): 0.412s
   passed time with XGBClassifier (cpu): 0.421s

我想知道为什么 CPU 的性能似乎不比 GPU 好。这是我的设置：

** 还尝试使用通过 pip 从预构建的二进制轮安装的 xgboost 版本：同样的问题

这是我正在使用的测试代码（从这里提取）：

param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
              'colsample_bytree':0.8, 'eta':0.5, 'min_child_weight':1,
              'tree_method':'gpu_hist'
              }

num_round = 100

dtrain = xgb.DMatrix(X_train2, y_train)
tic = time.time()
model = xgb.train(param, dtrain, num_round)
print('passed time with xgb (gpu): %.3fs'%(time.time()-tic))

xgb_param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
         'colsample_bytree':0.8, 'learning_rate':0.5, 'min_child_weight':1,
         'tree_method':'gpu_hist'}
model = xgb.XGBClassifier(**xgb_param)
tic = time.time()
model.fit(X_train2, y_train)
print('passed time with XGBClassifier (gpu): %.3fs'%(time.time()-tic))

param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
         'colsample_bytree':0.8, 'eta':0.5, 'min_child_weight':1,
         'tree_method':'hist'}
num_round = 100

dtrain = xgb.DMatrix(X_train2, y_train)
tic = time.time()
model = xgb.train(param, dtrain, num_round)
print('passed time with xgb (cpu): %.3fs'%(time.time()-tic))

xgb_param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
         'colsample_bytree':0.8, 'learning_rate':0.5, 'min_child_weight':1,
         'tree_method':'hist'}
model = xgb.XGBClassifier(**xgb_param)
tic = time.time()
model.fit(X_train2, y_train)
print('passed time with XGBClassifier (cpu): %.3fs'%(time.time()-tic))

我尝试加入 Sklearn 网格搜索，看看我是否会在 GPU 上获得更快的速度，但它最终比 CPU 慢得多：

passed time with XGBClassifier (gpu): 2457.510s
Best parameter (CV score=0.490):
{'xgbclass__alpha': 100, 'xgbclass__eta': 0.01, 'xgbclass__gamma': 0.2, 'xgbclass__max_depth': 5, 'xgbclass__n_estimators': 100}


passed time with XGBClassifier (cpu): 383.662s
Best parameter (CV score=0.487):
{'xgbclass__alpha': 100, 'xgbclass__eta': 0.1, 'xgbclass__gamma': 0.2, 'xgbclass__max_depth': 2, 'xgbclass__n_estimators': 20}

我正在使用具有 75k 观察值的数据集。知道为什么我没有从使用 GPU 中获得加速吗？数据集是否太小而无法从使用 GPU 中获得收益？

任何帮助将非常感激。非常感谢！

标签： python-3.xgpucpuxgboost

解决方案

有趣的问题。正如你所注意到的，Github 和官方已经注意到了一些这样的例子xgboost site：

还有其他人发布了类似的问题：

查看官方xgboost文档，有大量关于 GPU 支持的部分。

有几件事需要检查。该文档指出：

可以使用支持 CUDA 的 GPU 加速树的构建（训练）和预测。

1. 你的 GPU CUDA 启用了吗？

是的，它是。

2. 您是否使用了可能受 GPU 使用影响的参数？

请记住，只有某些参数才能从使用 GPU 中受益。那些是：

是的，你是。其中大部分都包含在您的超参数集中，这是一件好事。

{subsample, sampling_method, colsample_bytree, colsample_bylevel, max_bin, gamma, gpu_id, predictor, grow_policy, monotone_constraints, interaction_constraints, single_precision_histogram}

3. 是否配置参数以使用 GPU 支持？

如果您查看XGBoost 参数页面，您会发现其他可能有助于改善时间的区域。例如，updater可以设置为grow_gpu_hist, which （注意，这是没有实际意义的，因为你已经tree_method设置了，但是对于注释）：

grow_gpu_hist：使用 GPU 生长树。

在参数页面的底部，还有用于gpu_hist启用的附加参数，具体来说deterministic_histogram（注意，这是没有实际意义的，因为它默认为True）：

确定性地在 GPU 上构建直方图。由于浮点求和的非关联方面，直方图构建不是确定性的。我们采用预舍入例程来缓解该问题，这可能会导致精度略低。设置为 false 以禁用它。

4. 数据

我用一些数据进行了一些有趣的实验。由于我无权访问您的数据，因此我使用了sklearn's ，它以一种相当健壮的方式make_classification生成数据。

我对您的脚本进行了一些更改，但没有发现任何变化：我更改了 gpu 与 cpu 示例的超参数，我运行了 100 次并获得了平均结果，等等。我似乎没有什么特别突出的。我记得我曾经使用XGBoostGPU 与 CPU 功能来加速一些分析，但是，我正在处理一个更大的数据集。

我稍微编辑了您的脚本以使用这些数据，并且还开始更改数据集中的和数samples（features通过n_samples和n_features参数）以观察对运行时的影响。看起来 GPU 似乎可以显着缩短高维数据的训练时间，但具有大量样本的批量数据并没有看到巨大的改进。请参阅下面的脚本：

import xgboost as xgb, numpy, time
from sklearn.datasets import make_classification
from sklearn.model_selection import train_test_split

xgb_gpu = []
xgbclassifier_gpu = []
xgb_cpu = []
xgbclassifier_cpu = []

n_samples = 75000
n_features = 500

for i in range(len(10)):
    n_samples += 10000
    n_features += 300
    # Make my own data since I do not have the data from the SO question
    X_train2, y_train = make_classification(n_samples=n_samples, n_features=n_features*0.9, n_informative=n_features*0.1,
                                            n_redundant=100, flip_y=0.10, random_state=8)

    # Keep script from OP intact
    param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
                'colsample_bytree':0.8, 'eta':0.5, 'min_child_weight':1,
                'tree_method':'gpu_hist', 'gpu_id': 0
                }
    num_round = 100

    dtrain = xgb.DMatrix(X_train2, y_train)
    tic = time.time()
    model = xgb.train(param, dtrain, num_round)
    print('passed time with xgb (gpu): %.3fs'%(time.time()-tic))
    xgb_gpu.append(time.time()-tic)

    xgb_param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
            'colsample_bytree':0.8, 'learning_rate':0.5, 'min_child_weight':1,
            'tree_method':'gpu_hist', 'gpu_id':0}
    model = xgb.XGBClassifier(**xgb_param)
    tic = time.time()
    model.fit(X_train2, y_train)
    print('passed time with XGBClassifier (gpu): %.3fs'%(time.time()-tic))
    xgbclassifier_gpu.append(time.time()-tic)

    param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
            'colsample_bytree':0.8, 'eta':0.5, 'min_child_weight':1,
            'tree_method':'hist'}
    num_round = 100

    dtrain = xgb.DMatrix(X_train2, y_train)
    tic = time.time()
    model = xgb.train(param, dtrain, num_round)
    print('passed time with xgb (cpu): %.3fs'%(time.time()-tic))
    xgb_cpu.append(time.time()-tic)
    xgb_param = {'max_depth':5, 'objective':'binary:logistic', 'subsample':0.8, 
            'colsample_bytree':0.8, 'learning_rate':0.5, 'min_child_weight':1,
            'tree_method':'hist'}
    model = xgb.XGBClassifier(**xgb_param)
    tic = time.time()
    model.fit(X_train2, y_train)
    print('passed time with XGBClassifier (cpu): %.3fs'%(time.time()-tic))
    xgbclassifier_cpu.append(time.time()-tic)

import pandas as pd
df = pd.DataFrame({'XGB GPU': xgb_gpu, 'XGBClassifier GPU': xgbclassifier_gpu, 'XGB CPU': xgb_cpu, 'XGBClassifier CPU': xgbclassifier_cpu})
#df.to_csv('both_results.csv')

我在相同的数据集上分别和一起运行了这个更改每个（样本、特征）。请参阅下面的结果：

| Interval |  XGB GPU | XGBClassifier GPU |  XGB CPU | XGBClassifier CPU |      Metric      |
|:--------:|:--------:|:-----------------:|:--------:|:-----------------:|:----------------:|
|     0    |  11.3801 |      12.00785     | 15.20124 |      15.48131     | Changed Features |
|     1    | 15.67674 |      16.85668     | 20.63819 |      22.12265     | Changed Features |
|     2    | 18.76029 |      20.39844     | 33.23108 |      32.29926     | Changed Features |
|     3    |  23.147  |      24.91953     | 47.65588 |      44.76052     | Changed Features |
|     4    | 27.42542 |      29.48186     | 50.76428 |      55.88155     | Changed Features |
|     5    | 30.78596 |      33.03594     |  71.4733 |      67.24275     | Changed Features |
|     6    | 35.03331 |      37.74951     | 77.68997 |      75.61216     | Changed Features |
|     7    | 39.13849 |      42.17049     | 82.95307 |      85.83364     | Changed Features |
|     8    | 42.55439 |      45.90751     | 92.33368 |      96.72809     | Changed Features |
|     9    | 46.89023 |      50.57919     | 105.8298 |      107.3893     | Changed Features |
|     0    | 7.013227 |      7.303488     | 6.998254 |      9.733574     |    No Changes    |
|     1    | 6.757523 |      7.302388     | 5.714839 |      6.805287     |    No Changes    |
|     2    | 6.753428 |      7.291906     | 5.899611 |      6.603533     |    No Changes    |
|     3    | 6.749848 |      7.293555     | 6.005773 |      6.486256     |    No Changes    |
|     4    | 6.755352 |      7.297607     | 5.982163 |      8.280619     |    No Changes    |
|     5    | 6.756498 |      7.335412     | 6.321188 |      7.900422     |    No Changes    |
|     6    | 6.792402 |      7.332112     |  6.17904 |      6.443676     |    No Changes    |
|     7    | 6.786584 |      7.311666     | 7.093638 |      7.811417     |    No Changes    |
|     8    |  6.7851  |      7.30604      | 5.574762 |      6.045969     |    No Changes    |
|     9    | 6.789152 |      7.309363     | 5.751018 |      6.213471     |    No Changes    |
|     0    | 7.696765 |      8.03615      | 6.175457 |      6.764809     |  Changed Samples |
|     1    | 7.914885 |      8.646722     | 6.997217 |      7.598789     |  Changed Samples |
|     2    | 8.489555 |       9.2526      | 6.899783 |      7.202334     |  Changed Samples |
|     3    | 9.197605 |      10.02934     | 7.511708 |      7.724675     |  Changed Samples |
|     4    |  9.73642 |      10.64056     | 7.918493 |      8.982463     |  Changed Samples |
|     5    | 10.34522 |      11.31103     | 8.524865 |      9.403711     |  Changed Samples |
|     6    | 10.94025 |      11.98357     | 8.697257 |      9.49277      |  Changed Samples |
|     7    | 11.80717 |      12.93195     | 8.734307 |      10.79595     |  Changed Samples |
|     8    | 12.18282 |      13.38646     | 9.175231 |      10.33532     |  Changed Samples |
|     9    | 13.05499 |      14.33106     | 11.04398 |      10.50722     |  Changed Samples |
|     0    | 12.43683 |      13.19787     | 12.80741 |      13.86206     |   Changed Both   |
|     1    | 18.59139 |      20.01569     | 25.61141 |      35.37391     |   Changed Both   |
|     2    | 24.37475 |      26.44214     | 40.86238 |      42.79259     |   Changed Both   |
|     3    | 31.96762 |      34.75215     |  68.869  |      59.97797     |   Changed Both   |
|     4    | 41.26578 |      44.70537     | 83.84672 |      94.62811     |   Changed Both   |
|     5    | 49.82583 |      54.06252     |  109.197 |      108.0314     |   Changed Both   |
|     6    | 59.36528 |      64.60577     | 131.1234 |      140.6352     |   Changed Both   |
|     7    | 71.44678 |      77.71752     | 156.1914 |      161.4897     |   Changed Both   |
|     8    | 81.79306 |      90.56132     | 196.0033 |      193.4111     |   Changed Both   |
|     9    | 94.71505 |      104.8044     | 215.0758 |      224.6175     |   Changed Both   |

没变 在此处输入图像描述

线性增加特征计数 在此处输入图像描述

线性增加的样本 在此处输入图像描述

线性增加的样本 + 特征 在此处输入图像描述

随着我开始研究更多；这是有道理的。众所周知，GPU 可以很好地处理高维数据，如果你的数据是高维的，你会看到训练时间的改进是有道理的。请参阅以下示例：

虽然我们不能肯定地说不能访问您的数据，但当您的数据支持 GPU 的硬件功能时，它似乎可以显着提高性能，而且考虑到您的数据的大小和形状，情况似乎并非如此有。

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