【NCTS峰会回顾】融360艾辉：AI模型测试探秘

2019年10月26日，由Testin主办的第二届NCTS中国云测试行业峰会在京召开，此次峰会以“AI+未来”为主题，汇聚来自国内外测试领域的知名专家学者、领先企业决策者、高层技术管理者、媒体从业者等，共同探讨高端云测试技术，帮助测试从业者了解最前沿行业趋势，及最新的行业实践。

会上，融360高级技术经理艾辉做《AI模型测试探秘》主题演讲。艾辉分享了AI在金融科技的应用场景并指出，AI在金融行业的商业场景变现领域做的相对成熟，这主要得益于数据的质量，以及数据的丰富度，它们对模型的效果起着极其重要的作用。

以下为艾辉演讲实录：

很高兴和大家分享我们在过去一段时间里基于AI模型评估的测试实践。简短的做一下自我介绍，先后从事云计算云存储、跨境电商、O2O外卖、金融风控业务的质量保障与工程效率。

首先给大家介绍当下AI的主要应用场景。AI在金融领域的落地主要包括：物流、广告推荐、个性化推荐、仓储、无人驾驶等等。目前看来，AI在金融行业的商业场景变现领域做的相对成熟，这主要得益于数据的质量，以及数据的丰富度，它们对模型的效果起着极其重要的作用。AI在金融科技领域的主要场景包括：智能营销、智能欺诈、智能风控、理赔、支付场景指纹识别、人脸识别等等。

进一步解释一下AI的基础概念和交叉关系。通常来说，我们是模拟智能应用，机器学习只是AI的一个分支，如果是机器学习加图像识别，就是视觉领域的应用；如果是机器学习加语音识别，就是自然语言处理。假如说机器学习和其它稀奇古怪的应用结合，就是数据挖掘。

机器学习，就是我们在计算机协助下，统计学假设检验与分布函数搜索所谓的神经元，拿一个向量去点乘上一个向量，再把结果放进一个事先定好的变换函数。深度学习是做好几层的神经元网络，再换几个学习算法。关于机器学习的分类，金融领域还是偏向于监督学习，我们做一些分类问题，也就是偏预测。分类和回归比较直观的区分，如果做一个定性的预测，比如今天是阴天、晴天还是多云，它就是一个分类的问题；如果是我们预测明天是10-15度，还是0-5度，这就是回归问题。在金融风控领域，大部分是基于逻辑回归的模型方法来做训练的，主要使用信用评分卡。神经网络、深度学习等在金融风控领域应用，目应没有太多。要做好风控并不一定需要用最复杂的模型来做训练和预测。

前面说了那么多，大家会问机器学习在金融风控的应用有什么差异？金融风控的体系里存在一些特殊的东西，比如，谈到金融风控中的信贷风控，一般会聊到贷前、贷中、贷后。我们用的最多的是评分卡模型，评分卡模型应该有200、300年历史了，在机器学习应用没有如今这么发达的时候就已经在用了，尤其是在美国。什么是评分卡？信用评分卡用的就是逻辑回归的分类，预测好人坏人的概率，在0和1之间，基于这个概率映射到一个分数，如：1-100分，即信用评分。我们放贷可不可以放，看风险概率，用历史的数据去为未来一段时间的违约进行预测。它的评分越高代表越是安全，评分卡的稳定性和预测能力很强，我们常用的是逻辑回归。

我们用信用评分只是风控量化的工具，代表着信用风险。

刚开始接触AI相关业务的时候，我们遇到了很多挑战。之前对于整个数据、特征、模型，没有太深入的专项测试，如数据及特征效果有质量问题，会导致模型发生衰减和偏移，最直接的结果是，本应该把一个坏人给拦住，但是没有拦住，给他放贷了，就可能导致坏账，产生不良资产。

具体来看一下在数据质量方面我们做了哪些工作。主要考虑数据的完整性、一致性、及时性、准确性等等。想重点强调的是，在数据质量分析的维度上做了哪些事情，数据质量分析考虑的维度更丰富一点，比如数据的干扰分析，分析单列数据对应的准确性，分析单表数据，跨表数据，跨列数据。我们对数据整个特征分布，还有离散情况做了评估，上面的离群点，能够基于这个离群点发现数据异常的问题。

数据的完整性，从关系型数据库到数仓，数据有没有比较大的丢失。一致性，看对应的口径是不是一致的。准确性、及时性，很有可能前天晚上跑批失败了，如果没有监控可能导致对第二天的数据造成很大的影响，比较多的是离线任务，包括在线任务及时情况的监测。

既然数据有了这些问题，一定要做数据的修正。比如说数据确实缺失太多，没有做填充处理，到特征来没法用的，模型更没有办法用，还有重复的记录要删除。对于定性的数据和定量的数据，处理是不一样的，我们会基于特征进一步解释。

数据分析方法，看整个数据各表之间有什么关联性，做血缘基数分析。看数据是不是存在大的问题，做数据波动分析。评估某一个字段是否有问题，做值域分析、分布分析，也可以发现一些问题。评估数据是否一致，做一致性的对比diff来发现这些问题。

在项目中通过数据分析的血缘基数分析，直观发现的情况：A表的登陆账户比B表少了7000万，A、B存在600万的数据不一致。这种问题如果不做数量质量分析，基于模型问题倒推分析，影响很大。

再看一下值域的分析，分析最大值，最小值，比如说有一个字段，年龄是150岁，这可能超乎寻常了。包括看数据的分布，时间内最大值，最小值，还有异常的占比。中文异常的占比，特别是中文入库的字符格式。还有分布的分析，金额的占比，区间的域值，还有各种码值。

我们再简单看一下数据测试要点，我们在日常测试中做数据质量测试，就是按照这些来做的，金融的数据质量的要求很苛刻，可以说相对于互联网广告的数据更苛刻一点。比如说小明同学搜索的时候，给他推荐了一个女装，可能不太重要。但是因为数据质量问题导致信贷风险，可能会导致直接的金融损失，所以金融数据的质量要求是很高的。

再简单说一下数据质量平台设计，我这里放了一个架构图，整个数据质量平台关键核心的一点，对数据质量的规则引擎是怎么做的，数据质量把对应各种数据的对比，通过配制一些规则，定制开发，对应的报表或者触发告警，是基于自定义去写。还是基于其他的开源工具，有很多规则引擎的方案，比如Drools，原理大多相似。

关于特征模型的测试，我先是讲数据，再讲特征，再讲模型，为什么？我们在做模型训练的时候就是这样的流程和套路。我们聊到模型，做模型训练的时候有80%的任务在做特征工程，20%在做模型的训练。我们做一些名词的科普，过拟合和欠拟合，过拟合就是模型过于复杂学习到额外的数据属性，欠拟合就是没有捕捉数据特征。

到底什么是建模？建模与驯兽的相似点，我们做驯兽，比如给猴子输出口令，让它调整动作，直到这个过程预期和实际是一致的，从这个类比来看，我们建模和驯兽就是这样一个循环训练的过程。

我们反复聊到数据特征，到底数据和特征有什么区别？左侧是一个数据，右边是特征，把对应做了一些转换，180天内成功打车的笔数，180天内成功打车最小值，我们将数据转化为机器能够学习的属性，发现规律性的信息。机器学习大部分是解决预测的问题，用X去预测Y，这个X代表的是特征，不是数据，因为直接给模型灌最原始的数据，不能很好的把数据的规律和信息get到。但是特征是有价值的属性，这些特征是能够做模型的训练和拟合的。行业里面有行话，数据特征决定了机器学习的上限，我们所有模型只是逼近这个上限而已。如果你的数据，特征质量很差，再好的模型，训练效果也会打折扣。

从特征挖掘到模型建立，这个过程是我们在日常测试开发中需要频繁去关注的，我来简单解释一下。前面的这一块数据采集，数据分析，数据清洗，大部分是数仓来做，有的是特征挖掘也会做，前面是做数据的分析和入库。当数据清洗做完之后开始做特征挖掘，图中所有的特征，特征挖掘的过程，在数仓中挑出跟业务强相关比较好的数据，建立特征工程。发现了很多问题，比如缺失值特别多，要做一些填充，比如定量数据，可以基于平均数，中位数去填充。如果是一些定内的数据，直接转为NaN之类的。做完确认值之后，还要做定量特征值二化。还会做一些定型特征的哑编码，比如我们做疾病的预测，得某某疾病的概率高、中、低，就可以放到模型里，因为很多特征的标准是不一的，包括特征的选择和降维，我们要由高维降到低维，更好的吸收数据。

具体在信用卡评分模型中用到的关键指标，我们主要参考的是几点，一个是KS，风险区分能力，就是判断好用户和坏用户的差值，差值越大，就说明模型的效果越好，因为区分度高，可以区分张三是好人，李四是坏人。然后是卡方，样本偏离程度。PSI，这是模型稳定性很关键的指标，模型的预测值与实际值偏差大小的指标.PSI越小有说明模型是越稳定的，一般认为PSI小于0.1时候模型稳定性很高，0.1-0.25一般，大于0.25模型稳定性差，建议重做。IV(信息价值)，这是我们模型在挑特征的时候很关注的一点，特征对于模型预测能力的贡献度，我们要挑对模型预测能力贡献度度强的特征，比如有100个特征，有年龄、学历、收入，籍贯等，其中年龄、学历、收入的特征对于信用贷风控模型贡献度强，籍贯特征是一般的。

具体特征测试要点分为几部分，一般特征有特征计算逻辑，还有特征调度，特征上线。对于特征计算，除了计算的时长，还会关心整个特征的分区，编码，以及异常处理。我重点想强调的是特征的回溯，回溯对于信用评分模型效果很关键。信贷风控，是用用户过去的时间窗，比如前一个月的数据去预测他未来的借贷风险，如果说用他最近的信贷数据去预测明天，或者说用今天预测今天，特征效果可能会比较高，但是它是虚高的，所以都有时间窗的概念，基于历史来预测未来。还有Shuffle乱序，有的模型对特征的排序性是有相关性的，如果有问题，模型效果也会有波动。还有特征调度异常的处理，还有特征上线，各种的一致，在线离线覆盖率，特征值等等，这个一致性是很关键的。我们基于特征也做各种专项的分析，大部分都在做一些特征指标类，特征分布，特征大小等等。

模型该怎么测？我们对模型测试有这么几个点可以关注，一个是蜕变，我们直接去构造输入看输出，可能很难发现问题，模型测试的是Oracle问题（未知问题），没有明确的标准，如果变换输入看输出的变化环境是否相对应，是能够发现模型的问题，比如把一些标签乱序，属性乱序，增加无信息的属性，看看对模型输出的问题。还有要看特征工程处理的情况。整个模型工程测试大部分都是偏白盒的，不像服务端可以暴露接口。还有小样本实验，这很有效，看看整个信用评分的分布情况，是否符合正态分布。

关于模型效果的评估设计，我们要控制算法版本为评测流程唯一变量。

模型的监控、模型的上线，监控的重要性和工程类的服务一样重要，模型会随着时间衰退，我们需要做各种监控，有关键指标，还有对覆盖率，准确率的监控。提取还款的样本，样本打标签，请求线上模型，计算KS。做金融风控的模型测试，比做互联网2 C的广告推荐模型等要相对困难，对于大部分互金平台来说信贷还款表现样本较难获取。

模型测试的痛点都有哪些？第一是难，门槛很高，我们传统工程测试的方法不能完全的复用，而且是很抽象的，模型是黑盒的，想定位一个问题，模型的效果不好，排查链路很长，发现原来是某某数据丢失了。它是强数据相关的，数据的特征质量决定了模型效果的上限，我们经常在聊做模型的评估，这里有一个很重要的一个环节，我们需要先把数据和特征质量给覆盖住，这是一个很重要的源头，80%的工作在特征工程。然后是慢，有的传统公司，像金融企业的，一个模型迭代可能半个月，一个月，甚至是两个月，因为要反复实验，还有环境的变化，客群的变化。它是一个不确定的问题，因为没法基于一个分数或者什么指标完全评估这个模型好还是坏，上线才刚刚开始。所以，综合的用各个数据指标来进行评估。

AI产品质量体系应该怎么做？分为线上和线下：线下三个模块，模型质量、数据质量、工程质量。线上做各种模型效果的监控，特征的监控，一致性监控的，覆盖率的还有业务表现的监控等。我们希望把线上线下模型的测试做得更专业和高效，还是需要做自动化，工具平台化，比如说把模型的评估做到可视化，充分参考已有开源的平台做的模型评估模块的功能，把数据分析，质量分析，基于统计的维度做可视化的展示和度量，让整个模型部署过程自动发布。。