使用pytorch和torchtext怎么對文本進行分類

使用pytorch和torchtext怎么對文本進行分類？很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

1. 文本數據預處理

首先數據存儲在三個csv文件中，分別是train.csv，valid.csv，test.csv，第一列存儲的是文本數據，例如情感分類問題經常是用戶的評論review，例如imdb或者amazon數據集。第二列是情感極性polarity，N分類問題的話就有N個值，假設值得范圍是0~N-1。

下面是很常見的文本預處理流程，英文文本的話不需要分詞，直接按空格split就行了，這里只會主要說說第4點。

1、去除非文本部分

2、分詞

3、去除停用詞

4、對英文單詞進行詞干提取(stemming)和詞型還原(lemmatization)

5、轉為小寫

6、特征處理

Bag of Words

Tf-idf

N-gram

Word2vec

詞干提取和詞型還原

from nltk.stem import SnowballStemmer
stemmer = SnowballStemmer("english") # 選擇語言
from nltk.stem import WordNetLemmatizer 
wnl = WordNetLemmatizer()

SnowballStemmer較為激進，轉換有可能出現錯誤，這里較為推薦使用WordNetLemmatizer，它一般只在非常肯定的情況下才進行轉換，否則會返回原來的單詞。

stemmer.stem('knives')
# knive
wnl.lemmatize('knives')
# knife

因為我沒有系統學習和研究過NLTK的代碼，所以就不多說了，有興趣的可以自己去閱讀NLTK的源碼。

2. 使用torchtext加載文本數據

本節主要是用的模塊是torchtext里的data模塊，處理的數據同上一節所描述。

首先定義一個tokenizer用來處理文本，比如分詞，小寫化，如果你已經根據上一節的詞干提取和詞型還原的方法處理過文本里的每一個單詞后可以直接分詞就夠了。

tokenize = lambda x: x.split()

或者也可以更保險點，使用spacy庫，不過就肯定更耗費時間了。

import spacy

spacy_en = spacy.load('en')
def tokenizer(text):
 return [toke.text for toke in spacy_en.tokenizer(text)]

然后要定義Field，至于Field是啥，你可以簡單地把它理解為一個能夠加載、預處理和存儲文本數據和標簽的對象。我們可以用它根據訓練數據來建立詞表，加載預訓練的Glove詞向量等等。

def DataLoader():
 tokenize = lambda x: x.split()
 # 用戶評論，include_lengths設為True是為了方便之后使用torch的pack_padded_sequence
 REVIEW = data.Field(sequential=True,tokenize=tokenize, include_lengths=True)
 # 情感極性
 POLARITY = data.LabelField(sequential=False, use_vocab=False, dtype = torch.long)
 # 假如train.csv文件并不是只有兩列，比如1、3列是review和polarity，2列是我們不需要的數據，
 # 那么就要添加一個全是None的元組， fields列表存儲的Field的順序必須和csv文件中每一列的順序對應，
 # 否則review可能就加載到polarity Field里去了
 fields = [('review', REVIEW), (None, None), ('polarity', POLARITY)]
 
 # 加載train,valid,test數據
 train_data, valid_data, test_data = data.TabularDataset.splits(
         path = 'amazon',
         train = 'train.csv',
      validation = 'valid.csv',
      test = 'test.csv',
         format = 'csv',
         fields = fields,
         skip_header = False # 是否跳過文件的第一行
 )
 return REVIEW, POLARITY, train_data

加載完數據可以開始建詞表。如果本地沒有預訓練的詞向量文件，在運行下面的代碼時會自動下載到當前文件夾下的'.vector_cache'文件夾內，如果本地已經下好了，可以用Vectors指定文件名name，路徑cache，還可以使用Glove。

from torchtext.vocab import Vectors, Glove
import torch

REVIEW, POLARITY, train_data = DataLoader()
# vectors = Vectors(name='glove.6B.300d.txt', cache='.vector_cache')
REVIEW.build_vocab(train_data, # 建詞表是用訓練集建，不要用驗證集和測試集
     max_size=400000, # 單詞表容量
     vectors='glove.6B.300d', # 還有'glove.840B.300d'已經很多可以選
     unk_init=torch.Tensor.normal_ # 初始化train_data中不存在預訓練詞向量詞表中的單詞
)

# print(REVIEW.vocab.freqs.most_common(20)) 數據集里最常出現的20個單詞
# print(REVIEW.vocab.itos[:10])  列表 index to word
# print(REVIEW.vocab.stoi)    字典 word to index

接著就是把預訓練詞向量加載到model的embedding weight里去了。

pretrained_embeddings = REVIEW.vocab.vectors
model.embedding.weight.data.copy_(pretrained_embeddings)
UNK_IDX = REVIEW.vocab.stoi[REVIEW.unk_token]
PAD_IDX = REVIEW.vocab.stoi[REVIEW.pad_token]
# 因為預訓練的權重的unk和pad的詞向量不是在我們的數據集語料上訓練得到的，所以最好置零
model.embedding.weight.data[UNK_IDX] = torch.zeros(EMBEDDING_DIM)
model.embedding.weight.data[PAD_IDX] = torch.zeros(EMBEDDING_DIM)

然后用torchtext的迭代器來批量加載數據，torchtext.data里的BucketIterator非常好用，它可以把長度相近的文本數據盡量都放到一個batch里，這樣最大程度地減少padding，數據就少了很多無意義的0，也減少了矩陣計算量，也許還能對最終準確度有幫助(誤)？我憑直覺猜的，沒有做實驗對比過，但是至少能加速訓練迭代應該是沒有疑問的，如果哪天我有錢了買了臺好點的服務器做完實驗再來補充。

sort_within_batch設為True的話，一個batch內的數據就會按sort_key的排列規則降序排列，sort_key是排列的規則，這里使用的是review的長度，即每條用戶評論所包含的單詞數量。

train_iterator, valid_iterator, test_iterator = data.BucketIterator.splits(
            (train_data, valid_data, test_data),
            batch_size=32,
            sort_within_batch=True,
            sort_key = lambda x:len(x.review),
            device=torch.device('cpu'))

最后就是加載數據喂給模型了。

for batch in train_iterator:
 # 因為REVIEW Field的inclue_lengths為True，所以還會包含一個句子長度的Tensor
 review, review_len = batch.review 
 # review.size = (seq_length, batch_size) , review_len.size = (batch_size, )
 polarity = batch.polarity
 # polarity.size = (batch_size, )
 predictions = model(review, review_lengths)
 loss = criterion(predictions, polarity) # criterion = nn.CrossEntropyLoss()

3. 使用pytorch寫一個LSTM情感分類器

下面是我簡略寫的一個模型，僅供參考

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from torch.nn.utils.rnn import pack_padded_sequence
import torch


class LSTM(nn.Module):

 def __init__(self, vocab_size, embedding_dim, hidden_dim, output_dim,
     n_layers, bidirectional, dropout, pad_idx):
  super(LSTM, self).__init__()
  self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, embedding_dim, padding_idx=pad_idx)
  self.lstm = nn.LSTM(embedding_dim, hidden_dim, num_layers=n_layers,
       bidirectional=bidirectional, dropout=dropout)
  self.Ws = nn.Parameter(torch.Tensor(hidden_dim, output_dim))
  self.bs = nn.Parameter(torch.zeros((output_dim, )))
  nn.init.uniform_(self.Ws, -0.1, 0.1)
  nn.init.uniform_(self.bs, -0.1, 0.1)
  self.dropout = nn.Dropout(p=0.5)

 def forward(self, x, x_len):
  x = self.embedding(x)
  x = pack_padded_sequence(x, x_len)
  H, (h_n, c_n) = self.lstm(x)
  h_n = self.dropout(h_n)
  h_n = torch.squeeze(h_n)
  res = torch.matmul(h_n, self.Ws) + self.bs
  y = F.softmax(res, dim=1)
  # y.size(batch_size, output_dim)
  return y

訓練函數

def train(model, iterator, optimizer, criterion):
 epoch_loss = 0
 num_sample = 0
 correct = 0

 model.train()
 for batch in iterator:
  optimizer.zero_grad()
  review, review_lengths = batch.review
  polarity = batch.polarity
  predictions = model(review, review_lengths)
  correct += torch.sum(torch.argmax(preds, dim=1) == polarity)
  loss = criterion(predictions, polarity)
  loss.backward()
  epoch_loss += loss.item()
  num_sample += len(batch)
  optimizer.step()

 return epoch_loss / num_sample, correct.float() / num_sample

if __name__ == '__main__':
 for epoch in range(N_EPOCHS):
 train_loss, acc = train(model, train_iter, optimizer, criterion)
 print(f'\tTrain Loss: {train_loss:.3f} | Train Acc: {acc* 100:.2f}%')

注意事項和遇到的一些坑

文本情感分類需不需要去除停用詞？

應該是不用的，否則acc有可能下降。

data.TabularDataset.splits雖然好用，但是如果你只想加載訓練集，這時候如果直接不給validation和test參數賦值，那么其他代碼和原來一樣，比如這樣

train_data = data.TabularDataset.splits(
         path = '',
         train = 'train.csv',
         format = 'csv',
         fields = fields,
         skip_header = False # 是否跳過文件的第一行
)

那么底下你一定會報錯，因為data.TabularDataset.splits返回的是一個元組，也就是如果是訓練驗證測試三個文件都給了函數，就返回(train_data, valid_data, test_data)，這時候你用三個變量去接受函數返回值當然沒問題，元組會自動拆包。

當只給函數一個文件train.csv時，函數返回的是(train_data)而非train_data，因此正確的寫法應該如下

train_data = data.TabularDataset.splits(
         path = '',
         train = 'train.csv',
         format = 'csv',
         fields = fields,
         skip_header = False # 是否跳過文件的第一行
)[0] # 注意這里的切片，選擇元組的第一個也是唯一一個元素賦給train_data

同理data.BucketIterator.splits也有相同的問題，它不但返回的是元組，它的參數datasets要求也是以元組形式，即(train_data, valid_data, test_data)進行賦值，否則在下面的運行中也會出現各種各樣奇怪的問題。

如果你要生成兩個及以上的迭代器，那么沒問題，直接照上面寫就完事了。

如果你只要生成train_iterator，那么正確的寫法應該是下面這樣

train_iter = data.BucketIterator(
   train_data,
   batch_size=32,
   sort_key=lambda x:len(x.review),
   sort_within_batch=True,
   shuffle=True # 訓練集需要shuffle，但因為驗證測試集不需要
    # 可以生成驗證和測試集的迭代器直接用data.iterator.Iterator類就足夠了
)

出現的問題 x = pack_padded_sequence(x, x_len) 當數據集有長度為0的句子時, 就會后面報錯

Adagrad效果比Adam好的多

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