Что изучает дата science
Новая данность: что такое Data Science и зачем она нужна бизнесу
Что изучает Data Science
Каждый день человечество генерирует примерно 2,5 квинтиллиона байт различных данных. Они создаются буквально при каждом клике и пролистывании страницы, не говоря уже о просмотре видео и фотографий в онлайн-сервисах и соцсетях.
Наука о данных появилась задолго до того, как их объемы превысили все мыслимые прогнозы. Отсчет принято вести с 1966 года, когда в мире появился Комитет по данным для науки и техники — CODATA. Его создали в рамках Международного совета по науке, который ставил своей целью сбор, оценку, хранение и поиск важнейших данных для решения научных и технических задач. В составе комитета работают ученые, профессора крупных университетов и представители академий наук из нескольких стран, включая Россию.
Сам термин Data Science вошел в обиход в середине 1970-х с подачи датского ученого-информатика Петера Наура. Согласно его определению, эта дисциплина изучает жизненный цикл цифровых данных от появления до использования в других областях знаний. Однако со временем это определение стало более широким и гибким.
Data Science (DS) — междисциплинарная область на стыке статистики, математики, системного анализа и машинного обучения, которая охватывает все этапы работы с данными. Она предполагает исследование и анализ сверхбольших массивов информации и ориентирована в первую очередь на получение практических результатов.
В 2010-х годах объемы данных стали расти по экспоненте. Свою роль сыграл целый ряд факторов — от повсеместного распространения мобильного интернета и популярности соцсетей до всеобщей оцифровки сервисов и процессов. В итоге профессия дата-сайентиста быстро превратилась в одну из самых популярных и востребованных. Еще в 2012 году позицию дата-сайентиста журналисты назвали самой привлекательной работой XXI века (The Sexiest Job of the XXI Century).
Развитие Data Science шло вместе с внедрением технологий Big Data и анализа данных. И хотя эти области часто пересекаются, их не следует путать между собой. Все они предполагают понимание больших массивов информации. Но если аналитика данных отвечает на вопросы о прошлом (например, об изменениях в поведениях клиентов какого-либо интернет-сервиса за последние несколько лет), то Data Science в буквальном смысле смотрит в будущее. Специалисты по DS на основе больших данных могут создавать модели, которые предсказывают, что случится завтра. В том числе и предсказывать спрос на те или иные товары и услуги.
Зачем Data Science бизнесу
Компании используют Data Science вне зависимости от размера бизнеса, показывает статистика Kaggle (профессиональная соцсеть специалистов по работе с данными). А по подсчетам IDC и Hitachi, 78% предприятий подтверждают, что количество анализируемой и используемой информации в последнее время значительно возросло. Бизнес понимает, что неструктурированная информация содержит очень важные для компании знания, способные повлиять на результаты бизнеса, отмечают авторы исследования.
Причем это касается самых разных сфер экономики. Вот лишь несколько примеров отраслей, которые используют Data Science для решения своих задач:
И это лишь самый краткий и поверхностный список использования Data Science. Количество различных кейсов с использованием «науки о данных» увеличивается с каждым годом в геометрической прогрессии.
Каждый интернет-пользователь и просто потребитель ежедневно десятки раз сталкивается с продуктами и решениями, в которых применяются инструменты Data Science. К примеру, аудио-сервис Spotify использует их, чтобы лучше подбирать треки для пользователей в соответствии с их предпочтениями. То же самое можно сказать о предложении фильмов и сериалах на видео-стримингах, таких как Netflix. А в Uber науку о данных рассматривают как инструмент для предиктивной аналитики, прогнозирования спроса, улучшения и автоматизации всех продуктов и клиентского опыта.
Конечно, дата-сайентисты не могут в точности предсказать будущее компании и учесть абсолютно все возможные риски. «Все модели неправильные, но некоторые из них полезны», — иронизировал по этому поводу британский статистик Джордж Бокс. Тем не менее, инструменты Data Science служат хорошей поддержкой для компаний, которые хотят принимать более информированные и обоснованные решения о своем будущем.
Как работают дата-сайентисты
Для работы с данными дата-сайентисты применяют целый комплекс инструментов — пакеты статистического моделирования, различные базы данных, специальное программное обеспечение. Но, главное, они используют технологии искусственного интеллекта и создают модели машинного обучения (нейросети), которые помогают бизнесу анализировать информацию, делать выводы и прогнозировать будущее.
Каждую такую нейросеть необходимо спланировать, построить, оценить, развернуть и только потом перейти к ее обучению. «Сейчас, по нашим оценкам, в процессе работы над ИИ-решениями только 30% времени специалистов уходит на обучение моделей. Все остальное — на подготовку к нему и другую рутину», — говорит CTO «Сбербанк Груп», исполнительный вице-президент и глава блока «Технологии» Давид Рафаловский.
Компания Anaconda, которая разрабатывает продукты для работы с данными, приводит еще более печальную статистику. Ее опросы показывают, что в среднем почти половину времени (45%) специалисты тратят на подготовку данных, то есть их загрузку и очистку. Еще примерно треть уходит на визуализацию данных и выбор модели. На обучение и развертывание остается всего 12% и 11% рабочего времени соответственно.
Дата-сайентисты в облаках
Облегчить и ускорить работу по сбору данных, построению и развертыванию моделей помогают специальные облачные платформы. Именно облачные платформы для машинного обучения стали самым актуальным трендом в Data Science. Поскольку речь идет о больших объемах информации, сложных ML-моделях, о готовых и доступных для работы распределенных команд инструментах, то дата-сайентистами понадобились гибкие, масштабируемые и доступные ресурсы.
Именно для дата-сайентистов облачные провайдеры создали платформы, ориентированные на подготовку и запуск моделей машинного обучения и дальнейшую работу с ними. Пока таких решений немного и одно из них было полностью создано в России. В конце 2020 года компания Sbercloud представила облачную платформу полного цикла разработки и реализации AI-сервисов — ML Space. Платформа содержит набор инструментов и ресурсов для создания, обучения и развертывания моделей машинного обучения — от быстрого подключения к источникам данных до автоматического развертывания обученных моделей на динамически масштабируемых облачных ресурсах SberCloud.
Сейчас ML Space — единственный в мире облачный сервис, позволяющий организовать распределенное обучение на 1000+ GPU. Эту возможность обеспечивает собственный облачный суперкомпьютер SberCloud — «Кристофари». Запущенный в 2019 году «Кристофари» является сейчас самым мощным российским вычислительным кластером и занимает 40 место в мировом рейтинге cуперкомпьютеров TOP500
Платформу уже используют команды разработчиков экосистемы Сбера. Именно с ее помощью было запущено семейство виртуальных ассистентов «Салют». Для их создания с помощью «Кристофари» и ML Space было обучено более 70 различных ASR- моделей (автоматическое распознавание речи) и большое количество моделей Text-to-Speech. Сейчас ML Space доступна для любых коммерческих пользователи, учебных и научных организаций.
«ML Space – это настоящий технологический прорыв в области работы с искусственным интеллектом. По нескольким ключевым параметрам ML Space уже превосходит лучшие мировые решения. Я считаю, что сегодня ML Space одна из лучших в мире облачных платформ для машинного обучения. Опытным дата-сайентистам она предоставляет новые удобные инструменты, возможность распределенной работы, автоматизации создания, обучения и внедрения ИИ-моделей. Компаниям и организациям, не имеющим глубокой ML-экспертизы, ML Space дает возможность впервые использовать искусственный интеллект в своих продуктах, приложениях и рабочих процессах», — уверен Отари Меликишвили, лидер продуктового вправления AI Cloud, компании SberCloud.
Облака помогают рынку все шире использовать платформы для работы с данными, предлагая безграничные вычислительные мощности, подтверждают аналитики Mordor Intelligence.
По мнению экспертов из Anaconda, потребуется время, чтобы бизнес и сами специалисты созрели для широкого использования инструментов DS и смогли получить результаты. Но прогресс уже очевиден. «Мы ожидаем, что в ближайшие два-три года Data Science продолжит двигаться к тому, чтобы стать стратегической функцией бизнеса во многих отраслях», — прогнозирует компания.
Все что вы (не) хотели знать о Data Science
Всем привет! Меня зовут Михаил Дьячков, и в Ситимобил я занимаюсь анализом данных и машинным обучением. Сегодня я хочу поговорить о Data Science: что же это вообще такое в глазах кандидатов, работодателей и экспертов; о несовпадении ожиданий, грейдах и собеседованиях, а также о том, какие задачи решают дата саентисты в Ситимобил.
Что такое Data Science?
Пожалуй, самое лаконичное определение, которое мне удалось найти в интернете:
Data science (Наука о данных) — это дисциплина, которая позволяет сделать данные полезными.
Я думаю, что если найти пересечение различных определений что же такое Data Science, то им будет лишь одно слово — данные. Всё это говорит о том, что широта применения Data Science огромна. Согласитесь, но ведь в этом нет ничего хорошего ни для кого: ни для вас, ни для бизнеса. Эта широта не дает никакой информации о вашей потенциальной деятельности. Ведь с данными можно делать всё, что угодно. Можно строить сложные отчеты или «шатать» таблички с помощью SQL. Можно предсказывать спрос на такси константой или строить сложные математические модели динамического ценообразования. А еще можно настроить поточную обработку данных для высоконагруженных сервисов, работающих в режиме реального времени.
А вообще, причем здесь слово «наука»? Безусловно, под капотом у Data Science серьезнейший математический аппарат: теория оптимизации, линейная алгебра, математическая статистика и другие области математики. Но настоящим академическим трудом занимаются единицы. Бизнесу нужны не научные труды, а решение проблем. Лишь гиганты могут позволить себе штат сотрудников, которые будут только и делать, что изучать и писать научные труды, придумывать новые и улучшать текущие алгоритмы и методы машинного обучения.
К сожалению, многие эксперты в этой области на разных мероприятиях зачастую связывают Data Science в первую очередь с построением моделей с помощью алгоритмов машинного обучения и довольно редко рассказывают самое важное, по-моему, — откуда возникла потребность в той или иной задаче, как она была сформулирована на «математическом языке», как это всё реализовано в эксплуатации, как провести честный эксперимент, чтобы правильно оценить бизнес-эффект.
Кто такой Data Scientist?
Когда мы поняли, что ничего не поняли, стоит поговорить о data scientist’ах — специалистах по анализу данных.
Data Scientist в глазах потенциального работодателя
Одни считают, что эта должность подразумевает построение нейросетей в Jupyter Notebook’e. Другие ждут от таких специалистов, что те придут и будут закрывать все задачи «под ключ». А третьи просто хотят иметь в штате таких модных ребят. Такое разное понимание должности или непонимание вовсе может навредить при найме и вам, как кандидату, и компании.
Очень хорошую аналогию с Computer Science привел Валерий Бабушкин в своем докладе «Почему вы никогда не наймете дата саентиста». Постараюсь кратко ее передать.
Computer Science — некоторая область тесно связанных между собой дисциплин, но при этом почему-то никто не ищет на работу Computer Scientist’a. На работу ищут разработчика, тестировщика, DevOps’ов, архитекторов. Даже разработчика ищут frontend- и backend-разработчиков, вплоть до того, что ищут backend-разработчика на C++. Почему это хорошо? Потому что даже из названия вакансии на 90 % понятно, чем будет занят backend-разработчик на C++. Это дает довольно много информации и снижает энтропию. А если вы вдруг ищете Computer Scientist’a, то по-русски это что, компьютерщик? Это что-то из девяностых или нулевых. «У нас сломался принтер, позовите компьютерщика».
Из всего этого вырисовывается проблема. Если сходить на 10 собеседований, даже не обязательно в разные компании, в которых ищут Data Scientist’a, то вы поймете, что на каждом собеседовании от вас будут ожидать совершенно разного, и в конечном итоге у вас будут совершенно разные задачи. Где-то вам предложат в рамках ИИ-трансформации 200 Excel-файлов. В другом месте предложат поднять кластер на несколько петабайт. На третьем собеседовании вам расскажут, что ожидают от вас визуализацию метрик в Tableau. На четвёртом вас попросят построить real-time рекомендательную систему, которая будет работать под нагрузкой в несколько тысяч запросов в секунду. На пятом собеседовании будут задачи по компьютерному зрению, а на шестом придётся писать сложные SQL-скрипты. В седьмой компании вас заставят читать статьи, строить красивые Jupyter notebook’и и писать какие-то прогнозы. А где-то ещё и собрать эти расчеты в Docker-контейнер, и с помощью Kubernetes развернуть свой сервис на много машин.
Но проходит какое-то время и наступает суровая реальность: оказывается, что прежде чем обучать модели и подбирать гиперпараметры, нужно сделать очень много чего. Например, пообщаться с бизнесом и понять, какая же у них на самом деле головная боль, затем сформулировать эту боль на математическом языке, найти данные для задачи, очистить их, подумать над признаками, собрать модели, обернуть всё это в MLflow, положить в Docker-контейнер, оценить потенциальные нагрузки и отправить в эксплуатацию. Это можно сравнить с ситуацией, когда у вас спрашивают: «Ягоду будете?», вы отвечаете: «Да» и получаете арбуз — это ведь тоже ягода.
Как решать проблему несовпадения ожиданий?
Алексей Натекин в своем докладе «Чем отличаются data analyst, data engineer и data scientist» нарисовал картинку с распределением Дирихле, то есть с вероятностью вероятностей.
Предположим, что в Data Science существуют три основные компетенции:
Математика. Теоретические знания алгоритмов машинного обучения, и математическая статистика для проверки разных статистических гипотез и обработки результатов, а также любые другие фундаментальные знания, которые будут важны в вашей предметной области.
Разработка. Всё, что связано с разработкой, инженерными составляющими проекта, DevOps, SysOps, SRE, и прочее.
Предметная область. Навыки коммуникации с коллегами и бизнесом, чтобы понимать, какую проблему они хотят решить, на какие вопросы ответить.
И Data Scientist в этой парадигме — это некоторое наблюдение из нашего распределения Дирихле. Но с помощью этого распределения можно ввести несколько новых должностей, которые будут давать более ясное представление о вашей потенциальной деятельности. Рассмотрим несколько из них.
Если вы ищете работу на позицию Machine Learning Engineer, то, скорее всего, будете заниматься введением в эксплуатацию моделей машинного обучения и поддерживать их в актуальном состоянии. Для этого вам потребуются навыки и знания в области алгоритмов машинного обучения, ну и, конечно, разработки.
Если вы аналитик данных, то, вероятно, вы будете заниматься проверкой статистических гипотез, проектировать и проводить эксперименты. Для этого вам требуются фундаментальные знания математической статистики, а также необходимо держать руку на пульсе бизнеса.
Дата-инженер — это человек, который занимается ETL-процессами, архитектурой хранилища, составляет витрины и поддерживает их, организовывает потоковую обработку данных.
Machine Learning Researcher занимается исследовательской работой. Пишет и изучает статьи, придумывает новые математические методы. Таких позиций в России довольно мало, да и встречаются они, как правило, в крупных компаниях, которые могут себе это позволить.
Аналитик — это человек, который отвечает на вопросы бизнеса, и его плотность вероятности приходится на предметную область.
Наконец, DevOps максимально сосредоточен на разработке и развёртывании вашего кода в продакшене.
Junior/Middle/Senior/Team Lead/.
Попробуем коротко сформулировать профиль человека, который будет находиться на каждом из грейдов в мире Data Science. Не стоит забывать, что от компании к компании уровень компетенций для каждого из грейдов может довольно сильно отличаться.
Junior Data Scientist
Умеет реализовать полный DS-пайплайн: «приготовить» данные, обучить модель, измерить ее качество.
Делает только то, что ему сказали.
Нуждается в постоянной опеке и контроле.
Middle Data Scientist
Имеет подтвержденный на практике результат, например, построил и внедрил модель оттока клиентов, которая экономит компании N млн. руб в год.
Может обсуждать бизнес-постановку задачи.
В меру самостоятельный.
Senior Data Scientist
Имеет более обширный опыт по сравнению с мидлом.
Может самостоятельно формулировать и решать задачи.
Имеет опыт наставничества или готов быть ментором.
Обладает высоким уровнем эмоционального интеллекта.
Уровень технических компетенций выше мидла.
Если у middle ребят возникают проблемы с ростом и развитием, то зачастую это связано с
не готовностью брать ответственность и инициативу на себя и доводить дело до конца
неумением находить общий язык с бизнес заказчиками и смежниками
недостаточным уровнем эмоционального интеллекта и/или отсутствия понимания его важности в рабочей деятельности
А дальше уже сложнее, потому что тимлид может руководить как командой из 2-3 человек, так и несколькими отделами. Вот примеры «уровней» тимлида:
Эксперт, который отвечает за конкретные участки DS-пайплайна. Работает в соответствие с поставленными перед ним задачами. Координирует работу нескольких младших коллег.
Ставит задачи экспертам в соответствии с заданным планом и координирует их работу. Несет ответственность за конкретное направление DS в компании.
Отвечает за продукт/проект/направление, имеющие большое значение для крупной компании. Определяет требования к команде и составляет планы в соответствии с заданным направлением действий.
Отвечает за стратегически важный продукт/проект/направление в крупной компании. Руководит большой командой data scientist’ов и аналитиков. Задает команде направление действий, оценивает сроки и затраты, отвечает за результаты проектов.
Чем выше ваш уровень, тем больше ответственности и тем сложнее направление R&D. А значит, и больше ваша зарплата.
Но всё же можно выделить характерные отличия тимлида. Безусловно, этот человек должен обладать техническими навыками (hard skills): он знает, как сделать так, чтобы «всё заработало», может ответить на специфичные для продукта вопросы, знает, как работает продукт. А еще тимлид планирует и формулирует задачи (впоследствии «продаёт»), раскладывает их на составляющие, напрямую общается с бизнесом, работает с командой, занимается развитием и ростом своих ребят. Для тимлида важно думать и жить в терминах продукта и бизнеса, быть проактивным и доводить дело до конца.
Подготовка к собеседованию
Я за свою карьеру провел немало собеседований и могу дать несколько советов начинающим специалистам, что нужно обязательно сделать перед отправкой резюме в компанию и собеседованием.
Прежде чем откликаться на вакансию, внимательно прочитайте её описание до конца. Казалось бы, что за дурацкий совет. Но, как показывает практика, очень многие не делают даже этого. И на собеседовании порой возникают неловкие моменты.
Попробуйте поискать информацию о вашей потенциальной компании. Было бы здорово иметь представление о ней и о продукте.
Ознакомьтесь со списком ожидаемых знаний и навыков. Ответьте себе на вопрос, пересекаетесь ли вы с этим списком, и если да, то насколько глубоко.
Определите для себя, на какую зарплату вы претендуете. Если не можете ответить, то можно посмотреть актуальные вакансии с вилками в сообществе OpenDataScience в канале #_jobs, и таким образом оценить текущее состояние рынка.
Займитесь своим резюме. Его структура и выделение ваших ключевых особенностей, навыков и результатов очень важны при просмотре работодателем.
Не нервничайте. Проходить собеседования тоже нужно уметь, и тут без опыта никуда.
Что будет на собеседовании
Беседа будет строится вокруг:
Вашего опыта, подтвержденного результатом. Важно понимать, как ваш проект повлиял на бизнес, а не как вы повысили auc roc на 2 %.
Ваших знаний о моделях и алгоритмах машинного обучения. Причем вряд ли на собеседовании на позицию, где предстоит заниматься задачами динамического ценообразования, вас будут спрашивать о глубоких нейронных сетях, которые решают задачи сегментации изображений.
Метрик оценки качества моделей (как оффлайн, так и онлайн).
Статистических критериев и всего, что каким-то образом связано с проведением экспериментов.
Программирования, например, на Python (задача для разминки: реверсировать список).
Возможно, алгоритмов и структур данных, если ваша работа как-то связана с высоконагруженными сервисами.
Технологий, с которыми вы работали и/или с которыми вам предстоит работать.
Culture fit и поведенческой составляющей.
Примеры популярных технических вопросов на собеседовании с начинающим специалистом, ответы на которые, увы, могут дать далеко не все:
Что такое логистическая регрессия и как она работает?
Чем фундаментально отличается градиентный бустинг на деревьях от алгоритма случайного леса?
Как проверить статистическую значимость в АБ-эксперименте?
Какие вы знаете метрики оценки качества в задачах бинарной классификации?
Какие встроенные структуры данных в Python неизменяемы?
На самом собеседовании не стесняйтесь задавать вопросы. Это не экзамен, здесь должен быть диалог. Поинтересуйтесь, какая у вас будет команда, задачи, какие технологии вы будете использовать в работе, какие от вас ожидают результаты, какие глобальные цели у компании.
Как дела обстоят у нас
Мы создаем систему городской мобильности с человеческим отношением к пассажирам и водителям. И хотим сделать это отраслевым стандартом. Хотим встречать и провожать пассажиров в аэропорты и на вокзалы; доставлять важные документы по указанным адресам быстрее курьеров; сделать так, чтобы на такси было не страшно отправить ребёнка в школу или девушку домой после свидания, даем возможность выбрать транспорт — каршеринг, такси или самокат. И даже если нашим пассажиром является котик, то ему должно быть максимально комфортно.
У нас есть большой отдел эффективности платформы (или Marketplace), где в каждом из направлений работают специалисты по обработке и анализу данных.
Ценообразование: правильный и правдоподобный предрасчет цены для клиента на предстоящую поездку. Мы разрабатываем алгоритмы, которые тонко настраивают наши цены под специфические региональные и временные условия, а также помогают нам держать вектор оптимального ценового роста и развития
Клиентские мотивации: помогают нам привлекать новых клиентов, удерживать старых и делать нашу цену самой привлекательной на рынке. Основное направление — это разработка алгоритма оптимального распределения бюджета на скидки клиентам для достижения максимального количества поездок. Мы стремимся создать выгодное предложение для каждого клиента, поддержать и ускорить наш рост
Водительские мотивации: одна из главных задач Ситимобил — забота о водителях. Наши алгоритмы создают для них среду, в которой каждый работает эффективно и зарабатывает много. Мы стремимся разработать подход, позволяющий стимулировать водителей к выполнению поездок там, где другие алгоритмы не справляются: возмещаем простой на линии, если нет заказов, и гарантируем стабильность завтрашнего дня для привлечения всё новых и новых водителей.
Динамическое ценообразование: главная задача направления — гарантировать возможность уехать на такси в любое время и в любом месте. Достигается это за счет кратковременного изменения цен, когда желающих уехать больше, чем водителей в определенной гео-зоне.
Распределение заказов: эффективные алгоритмы назначения водителей на заказ уменьшают длительность ожидания и повышают заработок водителей. Задача этого направления — создать масштабируемые механизмы назначения, превосходно работающие как в целом по городам, так и в разрезе каждого тарифа.
Исследование эффективности маркетплейсов: центральное аналитическое направление, задачей которого является анализ эффективного баланса между количеством водителей на линии и пассажирами.
ГЕО сервисы: эффективное использование геоданных помогает различным командам эффективно настраивать свои алгоритмы, которые напрямую зависят от качества этих данных. Мы стремимся создавать такие модели, сервисы и алгоритмы, которые не только повышают качество маршрутизации и гео-поиска, но и напрямую воздействуют на бизнес, а также клиентский опыт.
Специалист по анализу данных (data scientist) может иметь очень широкий спектр обязанностей. Это сложная и увлекательная профессия, требующая самых разных навыков и позволяющая решать очень интересные задачи. Если вас заинтересовали наши направления, то обязательно заходите на нашу публичную страницу с вакансиями и откликайтесь на них.