| 스피커 |
성적 증명서 |
| 필 케이 |
좋아요, 실험 설계 및 분석 재고에 대해 이야기해 보겠습니다. 저는 글로벌 기술 활성화 팀의 학습 관리자 필 케이이고, 피트 허쉬와 함께합니다. |
| 피터 허쉬 |
네, 저도 글로벌 기술 활성화 팀의 일원입니다. DOE와 오늘 우리가 탐구하고 있는 몇 가지 새로운 기술에 대해 이야기하게 되어 기쁩니다. |
| 필 케이 |
그러니 가장 먼저 말씀드리고 싶은 건, 저희는 DOE의 열렬한 팬이라는 겁니다. 정말 멋진 기관이죠. 오랫동안 과학과 공학 분야에서 큰 가치를 제공해 왔습니다. |
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그리고 그렇긴 하지만, DOE를 많은 시간 활용하기 위해서는 우리가 받아들여야 할 몇 가지 가정이 있습니다. |
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과학자나 엔지니어로서 항상 큰 편안함을 느끼는 것은 아닙니다. 효과 희소성 같은 것, 즉 당신이 보고 있는 모든 것이 중요한 것으로 밝혀진 것은 아니라는 생각 같은 것 말입니다. |
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그리고 실제로 실험하는 것 중 중요한 것으로 밝혀진 것은 몇 가지에 불과합니다. 아니면 유전에 영향을 미친다는 가정도 있습니다. |
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즉, 우리는 더 단순한 형태로 활성화된 요인에 대해서만 복잡한 행동이나 고차원의 효과가 나타날 것으로 예상한다는 뜻입니다. |
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그리고, 활성 효과와 비활성 효과에 대한 이러한 개념은 매우 일반적이며, 실험 설계의 순차적 과정은 활성 효과와 비활성 효과를 걸러내는 것입니다. |
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그리고 그건 가끔 너무 이분법적인 결정처럼 느껴질 때가 있어요. 제 생각에는, 우리가 실험하는 것들 중 일부가 완전히 비활성적인 상태에서 작동한다는 생각은 좀 이상하게 느껴질 때가 많아요. |
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사실, 우리는 모든 것이 어떤 영향을 미칠 거라는 걸 알고 있다고 생각해요. 덜 중요할 수도 있지만 |
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여전히 어느 정도 효과가 있을 겁니다. 그리고 이것들은 우리가 사용하는 가정에 크게 의존합니다. |
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실험 횟수를 많이 할 여유가 없을 때 실험 설계의 어려움을 해결할 수 있죠. 네, Pete님, 이 부분에 대해서도 Pete님의 관점에서 말씀해 주실 수 있을지 모르겠네요. |
| 피터 허쉬 |
네, 전적으로 동의합니다. 온도 같은 것이 비활성 상태라고 생각하는 건... 온도가 실험에 아무런 영향을 미치지 않는다고 생각하기는 어려울 것 같아요. |
| 필 케이 |
네, 좀 터무니없죠, 그렇죠? 그래서, |
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네, 그게 당신의 실험이라면, 그건 어떤 면에서는 항상 활성화되어 있겠지만, 다른 것들만큼 중요하지는 않을 수도 있겠네요. |
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그래서 나는 바로 결과로 넘어가려고 합니다. |
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우리가 살펴본 것 중 하나입니다. 그래서 우리는 Chris Gotwalt와 Phil Ramsey가 본질적으로 발명한 자동 검증 기술을 살펴보았습니다. |
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그리고 그걸 설계된 실험 분석에 사용했는데, 정말 말도 안 되는 결과가 나왔습니다. 우리는 그게 가능할 거라고는 생각도 못 했습니다. |
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그래서, 우선 13개의 활성 효과가 있는 시스템을 살펴보고 13회 실행 확정 스크리닝 설계를 분석했는데, 그 결과 13개의 효과가 활성 상태라는 것을 확인할 수 있었습니다. 즉, 포화 상태라고 할 수 있죠. 우리는... |
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일반적으로 우리는 효과 희소성, 즉 실제로 중요하거나 활성화된 효과가 소수일 때 활성 효과를 식별하는 데 결정적 스크리닝 설계가 효과적이라고 이야기해 왔습니다. 하지만 이번에는 13개의 활성 효과를 모두 식별하는 데 성공했습니다. |
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그뿐만 아니라, 이 13개 실행 확정적 스크리닝 디자인에서 13개의 모든 활성 효과를 포함하는 모델을 실제로 구축할 수 있었습니다. |
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그러니까, 다시 한번 말씀드리지만, 이건 정말 놀라운 일이에요. 우리는 우리가 구축하고 있는 데이터 행만큼 많은 활성 효과를 가진 모델을 가질 수 있을 거라고 기대하지 않아요. |
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그리고 피트, 당신은 다른 것들도 살펴보았고, 정말 흥미로운 결과도 얻었어요. |
| 피터 허쉬 |
네, 물론이죠. 그리고 필의 결과는 정말, 정말 인상적이에요. 제 생각에는 |
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우리가 시도한 다음 단계는 실행보다 더 활동적인 효과를 내는 초포화 디자인을 만드는 것이었고 우리는 이것을 시도했습니다. |
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매우 작은 DOE입니다. 즉, 7개의 활성 효과를 가진 6회 실행 DOE인데, 표준 DOE 기법으로 한다면 분석할 방법이 없습니다. |
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제대로 말이죠. 그리고 우리는 그것을 8회 및 10회 실행 DOE와 비교하고 그것이 우리에게 얼마나 이득이 되는지 살펴보았습니다. 그래서 우리는 6회 실행 DOE에서도 상당히 유용한 모델을 얻었습니다. |
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예상보다 좋았어요. |
| 필 케이 |
네, 실제로 기대했던 것보다 훨씬 낫죠? |
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그래서 우리는 정말 인상적인 결과를 얻었고 작은 것에서 엄청난 수의 활성 효과를 식별할 수 있는 능력을 얻었습니다. |
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최종 화면 디자인을 완성하고 모든 활성 효과를 적용한 모델을 실제로 구축했습니다. Pete의 경우, 아주 작은 단위부터 7개의 활성 효과를 적용한 모델을 구축할 수 있었습니다. |
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설계된 실험. |
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그럼, 어떻게 했을까요? 자동 검증 방법은 어떻게 작동할까요? 머신러닝에서 아이디어를 차용한 것인데, 머신러닝의 정말 유용한 도구 중 하나가 바로 검증입니다. 홀드아웃 검증은 여러분이 빌드하는 동안 |
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가장 유용한 모델입니다. 즉, 견고한 모델이죠. 데이터의 일부를 공개하고, 이를 사용하여 우리가 구축한 다양한 모델을 테스트합니다. |
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기본적으로, 우리가 제시한 데이터에 대한 가장 좋은 예측을 내리는 모델은 우리가 사용하는 모델이고, 실제로 시도되고 테스트된 모델입니다. |
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사실 가장 유용한 모델을 구축하는 데는 거의 황금률이나 다름없지만, DOE에서는 그게 더 큰 과제잖아요, 피트? DOE는 그런 데에 별로 안 맞는 것 같아요. |
| 피터 허쉬 |
네, 네, DOE의 핵심 아이디어는 최대한 효율적으로 설계 공간을 탐색하는 것입니다. 그리고 우리가 실행을 보류하거나 |
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실행 분석을 하면 우리는 그 디자인 공간의 일부를 놓치게 될 것입니다. |
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실제로 우리는 확정적 스크리닝 설계와 같은 많은 DOE 기술을 사용해서는 이런 일을 할 수 없습니다. |
| 필 케이 |
네, 맞아요. 그렇다면 이 홀드아웃 검증의 이점을 누리면서도 중요한 데이터를 홀드아웃하지 않아도 되는 방법이 있다면 좋겠네요. 자, 이제 자동 검증에 대해 이야기해 볼까요? |
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아이디어가 있는데, 피트, 이게 어떻게 작동하는지 좀 설명해 줄래? |
| 피터 허쉬 |
물론입니다. 이것은 Chris와 Phil Ramsey가 개발한 정말 똑똑한 아이디어였고 그들은 기본적으로 DOE에서 원래 데이터를 가져와 다시 샘플링합니다. |
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결과를 반복합니다. 슬라이드 하단의 표에서 회색으로 표시된 부분은 흰색으로 표시된 부분과 동일한 결과입니다. 단지 반복된 것뿐입니다. |
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그리고 그들이 이런 일을 하는 방법은 서로 짝을 이루는 가중치 열을 만드는 것입니다. 기본적으로, 한쪽의 가중치가 높으면 |
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반복되는 실행은 낮은 비율...가중치 등등을 갖습니다. 그리고 이것은... 이것은... 이 검증 및 가중치를 적용하여 데이터를 사용할 수 있게 해 줍니다. 이 작업이 어떻게 이루어지는지 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. |
| 필 케이 |
네, 데모를 진행해 보시면 어떻게 진행되는지 알 수 있을 겁니다. 기본적으로 이 방법론을 설명하기 위해 두 가지 시뮬레이션 사례 연구를 준비했습니다. 첫 번째 사례 연구에 대해 설명하겠습니다. |
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이것이 시뮬레이션된 사례라는 점을 강조하고 싶습니다. 어떤 면에서는 비현실적인 사례일 수도 있지만, 이 방법론의 힘을 아주 잘 보여주는 사례라고 생각합니다. |
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여섯 가지 요소가 있는데, 좀 더 실제적으로 보이게 하기 위해 생물학적 유기체를 키우고 성장 속도를 최적화하기 위해 시스템에 공급하는 영양소를 최적화하려는 사례 연구에서 몇 가지 실제 요소를 선택했습니다. |
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이렇게 여섯 가지 영양소가 있고, 이것이 우리의 요인입니다. 이들을 다양한 양으로 추가할 수 있기 때문에, 저는 이 성장률 반응과 관련된 요인들을 탐색하기 위해 13회에 걸친 확정적 스크리닝 설계를 설계했습니다. |
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그리고 반응 데이터는 제가 완전히 시뮬레이션했는데, 13개의 강력한 활성 효과가 있는 것으로 시뮬레이션했습니다. 그래서 |
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모든 주요 효과, 여섯 가지 주요 효과가 모두 활성화되도록 시뮬레이션했습니다. |
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그리고 각각의 요소에 대해서도 이차 효과가 활성화되어 있으므로 이차 효과는 6개입니다. |
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그리고 항상 추정해야 하는 절편이 있는데, 총 13개의 활성 효과가 있어서 시스템을 이해하는 데 중요합니다. |
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1 신호 대 잡음비는 표준 방법론을 사용하여 모델링하는 데 여전히 어려운 문제입니다. 데모에서 이 문제를 다루겠습니다. |
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그러니까, 진짜 질문은, 우리가 그 모든 중요한 효과들을 파악할 수 있을까요? 그리고 만약 가능하다면, 그 모든 중요한 효과들을 포함하는 모델을 구축할 수 있을까요? 제가 말씀드렸듯이, 그것은 정말 놀라운 일이 될 것입니다. |
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표준 방법론으로 할 수 있는 것과 비교해보자. |
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그럼 사례 연구 #2, 피트? |
| 피터 허쉬 |
네, 물론입니다. 필의 사례 연구와 아주 아주 비슷해요. 생물체에 서로 다른 영양소를 서로 다른 수준으로 공급하고 성장 속도를 확인하는 아이디어도 똑같죠. 이 경우에는 필이 한 작업을 단순화해서 세 가지 영양소 요소로 나누었습니다. 그리고 이건 |
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다른 유형의 설계를 구축하고 있습니다. 즉, 전체 반응 표면을 살펴보는 I-최적 과포화 설계입니다. |
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과포화 방식으로 6, 8, 10을 살펴보았습니다. |
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디자인도 그렇고, 아이디어도 똑같아요. |
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그 |
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효과는 매우 매우 |
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신호 대 잡음비가 높아서, 활성 상태인 효과를 정확히 구별할 수 있기를 원했습니다. Phil의 경우처럼, 이차방정식의 주효과와 절편을 활성 상태로 유지했고, 이 두 효과를 구별해 내려고 노력했습니다. |
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동일한 아이디어입니다. 이러한 활성 효과를 확인하려면 얼마나 많은 실행이 필요하며, 이렇게 매우 작은 디자인으로부터 얼마나 정확한 모델을 만들 수 있을까요? |
| 필 케이 |
네, 제가 말씀드렸듯이, 그렇게 작은 디자인에서 좋은 모델을 만들 수 있을 거라고 기대할 권리는 전혀 없으니까요. |
| 피터 허쉬 |
네, 맞아요. 알겠습니다. |
| 필 케이 |
그럼 이제 사례 연구 #1의 데모를 보여드리겠습니다. |
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JMP 프로젝트를 통해 이 내용을 발표할 예정인데, 결과를 발표하기에 아주 좋은 방법이죠. 한번 시도해 보시는 걸 추천합니다. |
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그리고 그것이 우리의 |
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설계, 이게 바로 13회 실행 확정 스크리닝 설계입니다. 여기서 영양소 요소를 다양하게 변화시키고, 시뮬레이션된 성장률 반응을 얻습니다. 제가 말씀드렸듯이, 시뮬레이션은 다음과 같이 진행되었습니다. |
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주요 효과, 이 모든 요소의 2차 함수는 강력한 활성을 가지고 있으며, 더불어 이 절편을 추정해야 합니다. |
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이제 확정적 스크리닝 설계를 통해 일반적으로 적합성 확정적 스크리닝을 분석 중 하나로 결과를 보는 방법으로 사용할 것을 권장합니다. |
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이 효과는 희소성 원리가 참일 때 매우 잘 작동합니다. 따라서 몇 가지 효과만 강하게 활성이고 나머지는 중요하지 않은 한, |
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그런 다음 몇 가지 중요한 효과를 찾아 중요하지 않은 효과와 분리합니다. |
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하지만 이 경우에는 잘 작동할 거라고 기대하지 않았는데, 제대로 작동하지 않습니다. 여섯 가지 요소가 모두 활성화되어 있다는 것을 식별하지 못합니다. 사실, 여기서는 요소 중 하나만 활성화되어 있다고 식별합니다. |
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그러니 크게 놀랄 일은 아닙니다. 이런 종류의 분석에는 너무 어렵고 도전적인 상황이거든요. |
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만약 우리가 이러한 모든 활성 효과가 활성이라는 것을 어떻게든 알고 6가지 주효과, 6가지 2차 효과 및 절편을 모두 포함하는 모델을 적용하려고 한다면, |
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그러면 포화된 모델입니다. 추정해야 할 매개변수의 수는 데이터 행 수만큼이므로, 모델을 거의 적합시킬 수는 있지만 통계량은 얻을 수 없습니다. |
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그리고 어떤 경우든, 제가 이 데이터를 시뮬레이션했다는 사실 외에도 실제 상황에서는 어느 것이 활성화되어 있는지 알 수 없으므로 어떤 모델을 적용해야 할지도 알 수 없습니다. |
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이제 자동 검증 방법을 사용하여 실제로 매우 설득력 있게 활성 효과를 식별할 수 있었고, 이를 어떻게 수행했는지 설명하겠습니다. |
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이건 제 결과를 시각화한 것일 뿐입니다. 꼭 이렇게 시각화할 필요는 없습니다. 프레젠테이션용으로만 보여드리죠. |
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우선, 인터셉트가 활성화되어 있다는 것을 확인할 수 있었습니다. 여섯 가지 주요 효과를 모두 파악했는데, |
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그리고 제 2차 효과와 두 요인 상호작용은 효과가 없는 것으로 시뮬레이션했습니다. 보시다시피, 효과가 훨씬 낮습니다. |
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다른 것들과 비교해서 말이죠. 그리고 사실 여기에는 우리가 사용하는 널(null) 계수가 있습니다... 그러니까 더미 계수죠. 그래서 널 계수보다 작은 것은 중요하지 않거나 비활성으로 선언할 수 있습니다. |
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그리고 실제로 우리가 살펴보는 지표는 '영이 아닌 비율(proportion nonzero)'이라는 것입니다. 이 지표가 무슨 뜻인지는 이 과정을 살펴보면서 설명드리겠습니다. 효과의 강도나 중요성을 파악하기 위해 사용하는 지표입니다. |
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제가 어떻게 이 과정을 진행했는지 간략하게 말씀드리겠습니다. 원래 13회 실행 확정적 스크리닝 디자인을 가져와서 자동 검증을 설정했더니 이제 복제된 행이 26개입니다. |
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이런 작업을 할 수 있는 추가 기능이 있는데, 저희 동료인 Mike Anderson이 JMP 15에서 사용할 수 있는 추가 기능을 만들었습니다. |
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JMP 16에서는 실제로 검증 열 플랫폼의 예측 모델링 도구에 해당 기능을 추가했습니다. |
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그러면 우리는 데이터의 복제본 세트를 얻고, 가중치를 얻게 됩니다. Pete가 말했듯이 각 행은 훈련 세트와 검증 세트에 있습니다. |
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훈련 세트에서 가중치가 낮으면 검증 세트에서도 가중치가 높아집니다. 따라서 훈련 세트에서 가중치가 높으면 검증 세트에서도 가중치가 낮아집니다. |
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그리고 실제로 우리가 하는 일은, 우리가 읽는 것입니다... 이것들은 기본적으로 무작위로 할당되었습니다. |
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우리는 그것들을 재할당했고, 수백 번 반복해서 모델을 피팅하고 여러 시뮬레이션 실행을 통해 집계된 결과를 살펴보았습니다. 그렇다면 어떻게 해야 할까요? |
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모델을 맞추는 것이 목표이며, JMP Pro에서 GenReg를 사용하고 있습니다. |
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그리고 어쨌든 JMP Pro가 필요할 겁니다. 이 검증 역할을 지정할 수 있어야 하니까요. 그래서... 학습 검증 열을 검증에 넣습니다. |
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가중치는 빈도에 적용되고, 그 후 반응에 대해 평소처럼 다른 모든 것을 설정합니다. 그리고 모든 효과가 포함된 반응 표면 모델이 있는데, 여기서 "실행"을 클릭합니다. |
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그러면 모델에 적합할 것이고, 전진 선택이나 라소(Lasso)를 사용할 수 있습니다. 여기서는 라소를 사용했습니다. |
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이 경우에는 그렇게 중요한 것은 아닙니다. |
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그리고 실제로 일어난 일은 이 경우에 중요한 것으로 절편만을 식별했기 때문에 모델에 절편만 포함시킨 것입니다. |
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하지만 가중치를 변경하거나 데이터 테이블로 돌아가서 이러한 가중치를 다시 시뮬레이션하면 모델에서 다른 결과를 얻을 가능성이 높습니다. |
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실험에서 다양한 데이터 행과 실행 횟수에 가중치를 부여하면 적합한 모델이 달라집니다. 따라서 이 작업을 수백 번 반복할 예정인데, 제가 할 일은 JMP Pro의 시뮬레이트 기능을 사용하는 것입니다. |
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그래서 우리가 하는 일은 가중치 열을 바꾸고, 가중치 열을 재계산한 버전을 넣는 것입니다. 이 작업을 수백 번 할 수도 있습니다. 저는 이 경우 실제로 250번이나 했습니다. 1~2분 정도 걸릴 테니, 실제로 실행하지는 않겠습니다. |
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그렇게 하면 이런 모양의 표가 생깁니다. |
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이제 각 효과에 대한 250개 모델 각각에 대한 매개변수 추정치를 얻었습니다. |
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제가 이번 실험에서 처음 시도한 모델에서는 이것이 이 구연산 주효과에 대한 매개변수 추정치였습니다. 다음 모델에서 가중치를 재표본화했을 때, |
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구연산의 주효과는 모델에 반영되지 않았으므로, 그 경우에는 0이 됩니다. |
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그리고 실제로 이 모든 매개변수 추정치에 대해 분포를 실행할 수 있습니다. 그리고 할 수 있는 일 중 하나는 다음과 같습니다. |
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이 통계, 즉 요약 통계를 사용자 지정하여 0이 아닌 비율을 살펴보세요. 여기서 절편을 볼 수 있습니다. |
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우리가 절편에 대해 가지고 있던 추정치입니다. 구연산의 경우, 많은 경우 절편이 0으로 추정되었기 때문에 모델이 |
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구연산의 주요 효과는 모델에 없었고, 대부분의 경우 약 3으로 추정되었는데, 제가 시뮬레이션한 바로 그 정도였습니다. |
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그래서 우리가 살펴보는 건 0이 아닌 횟수의 비율인데, 그걸 이용해서 결합된 데이터 표를 만들 수 있습니다. 저는 이미 그렇게 했고, 조금... |
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여기에 약간의 추가 보강이 있습니다. 방금 주요 효과인지 아닌지에 대한 열을 추가했고, 그렇게 해서 |
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여기 이 시각화가 있습니다. 따라서 여러분이 보고 있는 것은 각 효과가 0이 아닌 횟수의 비율입니다. 즉, 각 효과가 모든 모델에서 나타나는 횟수의 비율입니다. |
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우리는 250번의 시뮬레이션을 수행했고, 이를 통해 분수 가중치를 재시뮬레이션했습니다. 그리고 이를 통해 다음을 식별합니다. |
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활성 효과, 그리고 그게... 정말 놀라운 성과를 거두었습니다. 우리의 표준 방법으로는 불가능했던 것을 해낼 수 있었습니다. 13번의 실행에서 13개의 활성 효과를 확인했습니다. |
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확정적 스크리닝 설계. |
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이제, 다음으로 무엇을 하고 싶으신가요? 아마 이 모든 효과를 적용해서 모델을 실제로 만들어 보고 싶은데, 저는 이미 그렇게 할 수 있었습니다. 그리고 제가 여기에 맞춰 놓은 모델을 비교하고 있습니다. |
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실제 시뮬레이션 반응과 비교해보면 얼마나 일치하는지 알 수 있습니다. 그래서 저는 이 모든 주효과, 이차함수, 그리고 절편을 사용하여 모델을 구축할 수 있었습니다. |
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그래서 저는 13개 매개변수 모델을 얻었고, 그것을 13개 실행 확정형 화면 설계에 적용할 수 있었습니다. 이것 역시 놀라운 일입니다. |
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그리고 제가 어떻게 그 부분에 도달했는지는 자세히 설명하지 않겠습니다. 이제 Pete에게 넘기겠습니다. Pete가 자체 검증 앙상블 모델이라는 개념에 대해 좀 더 자세히 설명할 겁니다. |
| 피터 허쉬 |
물론이죠. 고마워요, 필. 어디 한번 볼까요? 제 화면을 여기 공유하고 이 프로젝트를 살펴보도록 할게요. 그럼 |
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여기서 볼 수 있어요 |
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같은 |
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Phil처럼 흐름, 우리는 여기 프로젝트를 보고 있고 나는 |
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6개의 실행으로 시작하여 과포화된 DOE를 얻었고 여기서 볼 수 있듯이 3개의 요소가 있습니다. |
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내 실제 기본 모델 성장률이 얼마인지, 그리고 시뮬레이션된 성장률이 얼마인지, 그리고 Phil이 언급한 것처럼 |
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저는 이 자동 검증 열을 생성하는데, 마이크 앤더슨이 개발한 JMP 15의 추가 기능을 사용하면 됩니다. 또는 JMP 16에서는 소프트웨어에 내장되어 있으며, 분석 예측 모델링 플랫폼의 검증 열 만들기에서 확인할 수 있습니다. |
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필이 보여준 것처럼, 그는 어떤 요인이 활성인지, 즉 요인 스크리닝을 통해 어떻게 찾을 수 있는지에 대한 훌륭한 예시를 보여주었습니다. 이것이 DOE의 주요 목표이지만, 한 걸음 더 나아가 이를 바탕으로 모델을 구축하고 싶다면, |
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같은 과정을 거치게 되죠. DOE를 만들고, DOE에 자동 검증을 추가하고, Phil이 보여준 것처럼 일반화 회귀와 다음 중 하나를 사용하여 모델을 구축합니다. |
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변수 선택 기법입니다. 필 램지와 크리스 갓월트는 이러한 다양한 기법들을 검토했는데, 모두 상당히 효과적인 것으로 보입니다. 따라서 올가미를 사용하든, 2단계 전진 선택을 사용하든 모두 비슷한 결과를 보이는 것으로 보입니다. |
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꽤 잘 작동합니다. 따라서 이것을 설정하고 실행하면 Phil이 보여준 것과 같은 모델을 얻게 되고 이러한 모델 중 일부는 |