实践：设置特征血缘

本节提供了一个动手练习，用于为一小组特征实现基本的血缘追踪。基于本章前面讨论的关于治理和可复现性的理念，我们将手动为简化的特征工程过程添加追踪，以捕获元数据，从而追踪特征的来源和转换。目标是理解血缘追踪的基本机制，然后可以在生产环境中利用更复杂的工具和框架进行扩展和自动化。

我们将模拟一个场景，其中我们根据原始曝光和点击日志以及用户画像数据计算用户的7日点击率 (CTR)。

场景设置

假设我们有以下数据源：

impression_logs：包含 user_id、timestamp、ad_id 的记录。
click_logs：包含 user_id、timestamp、ad_id 的记录。
user_profiles：包含 user_id、country、registration_date 的静态数据。

我们的目标是创建特征 user_ctr_7d。

前提条件

基本的 Python 编程环境。
熟悉 Python 中的字典操作。
（可选）如果您想在本地渲染可视化图，需要 Graphviz 库（pip install graphviz）。

步骤 1：定义数据源和初始血缘

首先，让我们表示我们的原始数据源并关联一些初始血缘元数据。在实际系统中，这可能指向特定的数据库表、文件路径或流主题。

# 血缘元数据存储（本例中为一个简单字典）
lineage_registry = {}

# 表示原始数据源
impression_log_source = {
    "id": "raw_impressions_kafka_topic",
    "type": "kafka_topic",
    "schema": ["user_id", "timestamp", "ad_id"],
    "description": "原始广告曝光事件流",
    "owner": "ad_platform_team"
}
lineage_registry[impression_log_source["id"]] = {
    "type": "DataSource",
    "details": impression_log_source
}

click_log_source = {
    "id": "raw_clicks_kafka_topic",
    "type": "kafka_topic",
    "schema": ["user_id", "timestamp", "ad_id"],
    "description": "原始广告点击事件流",
    "owner": "ad_platform_team"
}
lineage_registry[click_log_source["id"]] = {
    "type": "DataSource",
    "details": click_log_source
}

user_profile_source = {
    "id": "user_profiles_postgres_table",
    "type": "database_table",
    "schema": ["user_id", "country", "registration_date"],
    "description": "用户人口统计信息",
    "owner": "user_service_team"
}
lineage_registry[user_profile_source["id"]] = {
    "type": "DataSource",
    "details": user_profile_source
}

print("初始血缘注册表：")
import json
print(json.dumps(lineage_registry, indent=2))

这建立了我们血缘图的根节点。我们存储了每个数据源的基本元数据。

步骤 2：实现并追踪特征转换

现在，让我们模拟特征工程步骤并随之记录血缘信息。

转换 1：计算每个用户的 7 日曝光量和点击量

设想一个处理日志的函数或任务。我们需要捕获它读取了哪些源以及生成了哪些特征。

# 模拟处理函数（伪代码）
def calculate_user_counts_7d(impressions_data, clicks_data):
    # ... 使用 Spark、Flink 或 Pandas 的复杂逻辑 ...
    # 输出：user_id, impressions_7d, clicks_7d
    user_counts = {
        "user1": {"impressions_7d": 100, "clicks_7d": 5},
        "user2": {"impressions_7d": 200, "clicks_7d": 8},
        # ... 其他用户
    }
    return user_counts

# 定义输出特征及其血缘
feature_impressions_7d = {
    "id": "user_impressions_7d",
    "description": "过去 7 天每个用户的总曝光量",
    "value_type": "integer",
    "entity": "user" # 关联实体
}

feature_clicks_7d = {
    "id": "user_clicks_7d",
    "description": "过去 7 天每个用户的总点击量",
    "value_type": "integer",
    "entity": "user"
}

# 记录这些特征的血缘
transformation_id_counts = "calculate_user_counts_7d_job_v1.2"
lineage_registry[feature_impressions_7d["id"]] = {
    "type": "Feature",
    "details": feature_impressions_7d,
    "generated_by": {
        "transformation_id": transformation_id_counts,
        "inputs": [impression_log_source["id"]] # 主要来源于曝光数据
    }
}
lineage_registry[feature_clicks_7d["id"]] = {
    "type": "Feature",
    "details": feature_clicks_7d,
    "generated_by": {
        "transformation_id": transformation_id_counts,
        "inputs": [click_log_source["id"]] # 主要来源于点击数据
    }
}

# 添加关于转换本身的详细信息
lineage_registry[transformation_id_counts] = {
    "type": "Transformation",
    "details": {
        "description": "聚合用户在 7 天窗口内的曝光量和点击量。",
        "code_reference": "git://repo/jobs/user_aggregation.py#tag=v1.2",
        "compute_framework": "Spark"
    }
}

print("\n转换 1 后的血缘注册表：")
print(json.dumps(lineage_registry, indent=2))

我们添加了两个新特征 (user_impressions_7d、user_clicks_7d) 并将它们链接回特定的转换 (calculate_user_counts_7d_job_v1.2) 和它们各自的原始输入源。我们还添加了关于转换本身的元数据。

转换 2：计算 7 日 CTR

此步骤使用前一个转换的输出并计算最终的 CTR 特征。

# 模拟 CTR 计算函数（伪代码）
def calculate_ctr(user_counts_data):
    # ... 计算点击/曝光的逻辑，处理除零情况 ...
    user_ctr = {
        "user1": {"user_ctr_7d": 0.05}, # 5 / 100
        "user2": {"user_ctr_7d": 0.04}, # 8 / 200
        # ... 其他用户
    }
    return user_ctr

# 定义最终的 CTR 特征
feature_ctr_7d = {
    "id": "user_ctr_7d",
    "description": "用户过去 7 天的点击率",
    "value_type": "float",
    "entity": "user"
}

# 记录 CTR 特征的血缘
transformation_id_ctr = "calculate_user_ctr_job_v1.0"
lineage_registry[feature_ctr_7d["id"]] = {
    "type": "Feature",
    "details": feature_ctr_7d,
    "generated_by": {
        "transformation_id": transformation_id_ctr,
        "inputs": [feature_impressions_7d["id"], feature_clicks_7d["id"]] # 输入特征
    }
}

# 添加关于 CTR 转换的详细信息
lineage_registry[transformation_id_ctr] = {
    "type": "Transformation",
    "details": {
        "description": "根据 7 日曝光和点击量计算 CTR。",
        "code_reference": "git://repo/jobs/ctr_calculation.py#tag=v1.0",
        "compute_framework": "Python/Pandas"
    }
}

print("\n最终血缘注册表：")
print(json.dumps(lineage_registry, indent=2))

现在，user_ctr_7d 的血缘正确指向其转换，而该转换又依赖于中间特征 user_impressions_7d 和 user_clicks_7d。

步骤 3：血缘可视化

我们可以使用收集到的血缘信息来可视化依赖关系。让我们生成一个 Graphviz DOT 表示。

def generate_lineage_graph(registry):
    dot_lines = ['digraph G {', 'rankdir=LR;']
    node_shapes = {
        "DataSource": "folder",
        "Feature": "ellipse",
        "Transformation": "box"
    }
    node_colors = {
         "DataSource": "#a5d8ff", # blue
         "Feature": "#b2f2bb",    # green
         "Transformation": "#ffd8a8" # orange
    }

    nodes = set()

    for item_id, item_data in registry.items():
        node_type = item_data.get("type")
        if not node_type: continue

        shape = node_shapes.get(node_type, "plaintext")
        color = node_colors.get(node_type, "#e9ecef") # default gray
        label = item_id.replace("_", "\\n") # Basic formatting

        nodes.add(f'"{item_id}" [label="{label}", shape={shape}, style=filled, fillcolor="{color}"];')

        if node_type == "Feature":
            generator = item_data.get("generated_by")
            if generator:
                transformation_id = generator.get("transformation_id")
                if transformation_id in registry:
                     dot_lines.append(f'"{transformation_id}" -> "{item_id}";')
                input_ids = generator.get("inputs", [])
                for input_id in input_ids:
                    if input_id in registry:
                         dot_lines.append(f'"{input_id}" -> "{transformation_id}";')

    dot_lines.extend(list(nodes))
    dot_lines.append('}')
    return "\n".join(dot_lines)

dot_graph = generate_lineage_graph(lineage_registry)
print("\nGraphviz DOT 格式：")
print(dot_graph)

# 保存到文件以便用 Graphviz 渲染（可选）
# with open("feature_lineage.dot", "w") as f:
#     f.write(dot_graph)
# 您可以使用以下命令渲染此图：dot -Tpng feature_lineage.dot -o feature_lineage.png

这是生成的 Graphviz 定义：

生成的图表展示了从原始数据源（文件夹）经过转换步骤（方框）到最终特征（椭圆形）的流程。请注意，user_profiles_postgres_table 当前是断开的，因为它未用于这些特定转换中。

讨论和后续步骤

此练习演示了血缘追踪的核心理念：将元数据与数据源、特征以及连接它们的转换关联起来。

手动操作： 像这样手动捕获血缘只适用于非常简单的流水线。实际操作中，这需要自动化。特征工程框架或库通常提供装饰器或钩子（例如，log_lineage(inputs=[...], outputs=[...])），以便在流水线执行期间自动捕获此信息。
粒度： 我们在作业/特征层面追踪血缘。更细粒度的血缘可能追踪特定列甚至数据分区，这需要更复杂的工具。
集成： lineage_registry 字典是一个最小表示。系统使用专门的元数据数据库或与 OpenLineage、Amundsen 或 DataHub 等平台集成，这些平台提供 API 以存储、查询和可视化血缘以及其他元数据（模式、所有权、描述）。
使用： 主要价值来自于使用这些血缘信息。它有助于调试（追溯有问题的特征值）、影响分析（理解哪些模型或特征受到上游变化的影响）、合规性报告和可复现性。

完成此练习后，您已实现了特征血缘的基本组成部分。在实际系统中，下一步是将此捕获机制集成到您的特征工程代码中，并借助专门的元数据平台来有效地管理和呈现血缘信息。