Тренування нейронної мережі для прогнозування попиту на пасажирські перевезення таксі за допомогою графічних процесорів

Abstract

Розглянуто особливості тренування нейронної мережі для прогнозування попиту на пасажирські перевезення таксі за допомогою графічних процесорів, що дало змогу пришвидшити процедуру навчання за різних наборів вхідних даних і конфігурацій апаратного забезпечення та його потужності. З'ясовано, що послуги таксі стають доступнішими для більшої кількості людей. Найважливішим завданням будь-якої компанії та водія таксі є мінімізація тривалості очікування нових замовлень та відстані до клієнтів на момент їх замовлення. Аби досягти цієї мети, потрібно мати розуміння транспортної логістики та вміння оцінити географічний попит на перевезення залежно від багатьох чинників. Розглянуто приклад тренування нейронної мережі для передбачення попиту на пасажирські перевезення таксі. Встановлено, щоб нейронна мережа давала хороші прогнози, необхідно обробити великий набір вхідних даних. Оскільки навчання нейронної мережі – це довготривалий процес, то для вирішення цієї проблеми було застосовано розпаралелювання процедури навчання мережі з використанням графічних процесорів. Проведено навчання нейронної мережі на центральному процесорі, одному та двох графічних процесорах відповідно, виконано порівняння тривалості процедури навчання мережі для однієї епохи. Оцінено вплив кількості використаних графічних процесорів на тривалість тренування нейронної мережі у двох різних конфігураціях апаратного забезпечення та його потужності. Тренування мережі здійснено за допомогою набору даних, який містить 4.5 млн поїздок у межах одного міста. Результати дослідження показують, що пришвидшення процедури навчання за допомогою графічних процесорів не завжди дає позитивний результат, позаяк залежить від багатьох чинників – розміру вибірки вхідних даних, правильного поділу вибірки даних на менші підвибірки, а також характеристик апаратного забезпечення та його потужності.

The peculiarities of neural network training for forecasting taxi passenger demand using graphics processing units are considered, which allowed to speed up the training procedure for different sets of input data, hardware configurations, and its power. It has been found that taxi services are becoming more accessible to a wide range of people. The most important task for any transportation company and taxi driver is to minimize the waiting time for new orders and to minimize the distance from drivers to passengers on order receiving. Understanding and assessing the geographical passenger demand that depends on many factors is crucial to achieve this goal. This paper describes an example of neural network training for predicting taxi passenger demand. It shows the importance of a large input dataset for the accuracy of the neural network. Since the training of a neural network is a lengthy process, parallel training was used to speed up the training. The neural network for forecasting taxi passenger demand was trained using different hardware configurations, such as one CPU, one GPU, and two GPUs. The training times of one epoch were compared along with these configurations. The impact of different hardware configurations on training time was analyzed in this work. The network was trained using a dataset containing 4.5 million trips within one city. The results of this study show that the training with GPU accelerators doesn't necessarily improve the training time. The training time depends on many factors, such as input dataset size, splitting of the entire dataset into smaller subsets, as well as hardware and power characteristics.