Custom loss function for distribution fitting with XGBoost

I want to train an XGBoost model that takes in 2 (or more) inputs and produces 2 output values. These are to be interpreted as parameters of a probability distribution for the outcome, for example, the mean and log-variance of a Normal distribution. To train XGBoost to output these parameters I want to implement the negative log likelihood (here that of the Normal distribution) as a custom objective function.

Here is what I have so far:

import numpy as np
import scipy as sci
import XGBoost as xgb # xgb.__version__ is 2.0.3

# features
X = sci.stats.norm.rvs(size=(32,2))     
                                                                                                                                                                           
# targets (samples from normal distribution with parameters dependent on X)
z = sci.stats.norm.rvs(loc = X[:,0], scale = np.exp(X[:,1]), size=32)

# add a column of zeros to targets to tell XGBoost to return 2 outputs                                                                                                                                            
y = np.stack([z, np.zeros_like(z)], axis=1) 

# combine features and targets in a xgb.DMatrix object
dtrain = xgb.DMatrix(X, label=y) 

One issue I had here is that dtrain.get_labels() now returns a 1d array of length 2*n (with every second value being zero) rather than the (n,2) array I put in. Given that DMatrix seems to flatten the labels array, maybe it is not intended to be used with multiple labels — Any advise on this? Anyway, moving on:

Following the docs I implement gradient and hessian of the negative normal log likelihood and use them in xgb.train() as follows:

from typing import Tuple
   
# custom gradient of the neg. normal loglik with respect to input features                                                                                                                                                                                        
def gradient(pred: np.ndarray, train: xgb.DMatrix) -> np.ndarray:                                                                                                                                                  
    # remove zeros from targets array
    y0 = train.get_label().reshape(-1,2)[:,0]                                                                                                                                                                      
    yh1 = pred[:,0]                                                                                                                                                                                                
    yh2 = pred[:,1]                                                                                                                                                                                                
    gg = np.array([-2 * np.exp(-yh2) * (y0 - yh1), 1 - 0.5*np.exp(-yh2)*(y0-yh1)**2]).T                                                                                                                            
    print('gradient:', gg, 'nn')                                                                                                                                                                                 
    return(gg)                                                                                                                                                                                                     
          
# custom hessian of the neg. normal loglik with respect to input features                                                                                                                                                                                                         
def hessian(pred: np.ndarray, train: xgb.DMatrix) -> np.ndarray:                                                                                                                                                   
    y0 = train.get_label().reshape(-1,2)[:,0]                                                                                                                                                                      
    yh1 = pred[:,0]                                                                                                                                                                                                
    yh2 = pred[:,1]                                                                                                                                                                                                
    hh = np.array([[2*np.exp(-yh2),          2*np.exp(-yh2)*(y0-yh1)],                                                                                                                                                    
                   [2*np.exp(-yh2)*(y0-yh1), 0.5*np.exp(-yh2)*(y0-yh1)**2]]).T                                                                                                                                  
    print('hessian:', hh, 'nn')                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
    return(hh)                                                                                                                                                                                                     
                                                                                                                                                                                                                   
def nll(pred: np.ndarray, train: xgb.DMatrix) -> Tuple[np.ndarray, np.ndarray]:                                                                                                                                    
    grad = gradient(pred, train)                                                                                                                                                                                   
    hess = hessian(pred, train)                                                                                                                                                                                    
    return grad, hess                                                                                                                                                                                              
                                                                                                                                                                                                                  
np.random.seed(123)                                                                                                                                                                                                
mod = xgb.train({'tree_method': 'hist', 'seed': 5},                                                                                                                                                                
                dtrain=dtrain,                                                                                                                                                                                     
                num_boost_round=10,                                                                                                                                                                                
                obj=nll)

If I rerun the last few lines, I always get different results despite fixing the seed. Most of the time I end up getting nans for gradient and Hessian.

  • Can all this even work, or is XGBoost not the right tool?
  • Am I using xgb.DMatrix correctly?
  • How do I make XGBoost reproducible?
  • How can I go about understanding and avoiding the nans in my gradients and hessians?

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật