【从零开始学习深度学习】49.Pytorch_NLP项目实战:文本情感分类---使用循环神经网络RNN

本文涉及的产品
NLP自然语言处理_基础版,每接口每天50万次
NLP自然语言处理_高级版,每接口累计50万次
NLP 自学习平台,3个模型定制额度 1个月
简介: 【从零开始学习深度学习】49.Pytorch_NLP项目实战:文本情感分类---使用循环神经网络RNN

同上一篇文章中的搜索近义词和类比词一样,文本分类也属于词嵌入的下游应用。本文,我们将应用预训练的词向量和含多个隐藏层的双向循环神经网络,来判断一段不定长的文本序列中包含的是正面还是负面的情绪。

导入所需的包或模块。

import collections
import os
import random
import tarfile
import torch
from torch import nn
import torchtext.vocab as Vocab
import torch.utils.data as Data
import sys
import d2lzh_pytorch as d2l
os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"] = "0"
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
DATA_ROOT = "./Datasets"

1 文本情感分类数据

我们使用斯坦福的IMDb数据集(Stanford’s Large Movie Review Dataset)作为文本情感分类的数据集 。这个数据集分为训练和测试用的两个数据集,分别包含25,000条从IMDb下载的关于电影的评论。在每个数据集中,标签为“正面”和“负面”的评论数量相等。

1.1 读取数据

首先下载数据集到DATA_ROOT路径下,然后解压。

关注GZH:阿旭算法与机器学习,回复:“文本情感分类”即可获取本文数据集与项目文档,欢迎共同学习交流

fname = os.path.join(DATA_ROOT, "aclImdb_v1.tar.gz")
if not os.path.exists(os.path.join(DATA_ROOT, "aclImdb")):
    print("从压缩包解压...")
    with tarfile.open(fname, 'r') as f:
        f.extractall(DATA_ROOT)

接下来,读取训练数据集和测试数据集。每个样本是一条评论及其对应的标签:1表示“正面”,0表示“负面”。

from tqdm import tqdm
def read_imdb(folder='train', data_root="./Datasets/aclImdb"): 
    data = []
    for label in ['pos', 'neg']:
        folder_name = os.path.join(data_root, folder, label)
        for file in tqdm(os.listdir(folder_name)):
            with open(os.path.join(folder_name, file), 'rb') as f:
                review = f.read().decode('utf-8').replace('\n', '').lower()
                data.append([review, 1 if label == 'pos' else 0])
    random.shuffle(data)
    return data
train_data, test_data = read_imdb('train'), read_imdb('test')

1.2 预处理数据

我们需要对每条评论做分词,从而得到分好词的评论。这里定义的get_tokenized_imdb函数使用最简单的方法:基于空格进行分词。

def get_tokenized_imdb(data):
    """
    data: list of [string, label]
    """
    def tokenizer(text):
        return [tok.lower() for tok in text.split(' ')]
    return [tokenizer(review) for review, _ in data]

现在,我们可以根据分好词的训练数据集来创建词典了。我们在这里过滤掉了出现次数少于5的词。

def get_vocab_imdb(data):
    tokenized_data = get_tokenized_imdb(data)
    counter = collections.Counter([tk for st in tokenized_data for tk in st])
    return Vocab.Vocab(counter, min_freq=5)
vocab = get_vocab_imdb(train_data)
'# words in vocab:', len(vocab)

输出:

('# words in vocab:', 46151)

因为每条评论长度不一致所以不能直接组合成小批量,我们定义preprocess_imdb函数对每条评论进行分词,并通过词典转换成词索引,然后通过截断或者补0来将每条评论长度固定成500。

def preprocess_imdb(data, vocab):
    max_l = 500  # 将每条评论通过截断或者补0,使得长度变成500
    def pad(x):
        return x[:max_l] if len(x) > max_l else x + [0] * (max_l - len(x))
    tokenized_data = get_tokenized_imdb(data)
    features = torch.tensor([pad([vocab.stoi[word] for word in words]) for words in tokenized_data])
    labels = torch.tensor([score for _, score in data])
    return features, labels

1.3 创建数据迭代器

现在,我们创建数据迭代器。每次迭代将返回一个小批量的数据。

batch_size = 64
train_set = Data.TensorDataset(*preprocess_imdb(train_data, vocab))
test_set = Data.TensorDataset(*preprocess_imdb(test_data, vocab))
train_iter = Data.DataLoader(train_set, batch_size, shuffle=True)
test_iter = Data.DataLoader(test_set, batch_size)

打印第一个小批量数据的形状以及训练集中小批量的个数。

for X, y in train_iter:
    print('X', X.shape, 'y', y.shape)
    break
'#batches:', len(train_iter)

输出:

X torch.Size([64, 500]) y torch.Size([64])
('#batches:', 391)

2 使用循环神经网络的模型

在这个模型中,每个词先通过嵌入层得到特征向量。然后,我们使用双向循环神经网络对特征序列进一步编码得到序列信息。最后,我们将编码的序列信息通过全连接层变换为输出。具体来说,我们可以将双向长短期记忆在最初时间步和最终时间步的隐藏状态连结,作为特征序列的表征传递给输出层分类。在下面实现的BiRNN类中,Embedding实例即嵌入层,LSTM实例即为序列编码的隐藏层,Linear实例即生成分类结果的输出层。

class BiRNN(nn.Module):
    def __init__(self, vocab, embed_size, num_hiddens, num_layers):
        super(BiRNN, self).__init__()
        self.embedding = nn.Embedding(len(vocab), embed_size)
        # bidirectional设为True即得到双向循环神经网络
        self.encoder = nn.LSTM(input_size=embed_size, 
                                hidden_size=num_hiddens, 
                                num_layers=num_layers,
                                bidirectional=True)
        # 初始时间步和最终时间步的隐藏状态作为全连接层输入
        self.decoder = nn.Linear(4*num_hiddens, 2)
    def forward(self, inputs):
        # inputs的形状是(批量大小, 词数),因为LSTM需要将序列长度(seq_len)作为第一维,所以将输入转置后
        # 再提取词特征,输出形状为(词数, 批量大小, 词向量维度)
        embeddings = self.embedding(inputs.permute(1, 0))
        # rnn.LSTM只传入输入embeddings,因此只返回最后一层的隐藏层在各时间步的隐藏状态。
        # outputs形状是(词数, 批量大小, 2 * 隐藏单元个数)
        outputs, _ = self.encoder(embeddings) # output, (h, c)
        # 连结初始时间步和最终时间步的隐藏状态作为全连接层输入。它的形状为
        # (批量大小, 4 * 隐藏单元个数)。
        encoding = torch.cat((outputs[0], outputs[-1]), -1)
        outs = self.decoder(encoding)
        return outs

创建一个含两个隐藏层的双向循环神经网络。

embed_size, num_hiddens, num_layers = 100, 100, 2
net = BiRNN(vocab, embed_size, num_hiddens, num_layers)

2.1 加载预训练的词向量

由于情感分类的训练数据集并不是很大,为应对过拟合,我们将直接使用在更大规模语料上预训练的词向量作为每个词的特征向量。这里,我们为词典vocab中的每个词加载100维的GloVe词向量。

glove_vocab = Vocab.GloVe(name='6B', dim=100, cache=os.path.join(DATA_ROOT, "glove"))

然后,我们将用这些词向量作为评论中每个词的特征向量。注意,预训练词向量的维度需要与创建的模型中的嵌入层输出大小embed_size一致。此外,在训练中我们不再更新这些词向量。

def load_pretrained_embedding(words, pretrained_vocab):
    """从预训练好的vocab中提取出words对应的词向量"""
    embed = torch.zeros(len(words), pretrained_vocab.vectors[0].shape[0]) # 初始化为0
    oov_count = 0 # out of vocabulary
    for i, word in enumerate(words):
        try:
            idx = pretrained_vocab.stoi[word]
            embed[i, :] = pretrained_vocab.vectors[idx]
        except KeyError:
            oov_count += 1
    if oov_count > 0:
        print("There are %d oov words." % oov_count)
    return embed
net.embedding.weight.data.copy_(
    load_pretrained_embedding(vocab.itos, glove_vocab))
net.embedding.weight.requires_grad = False # 直接加载预训练好的, 所以不需要更新它

输出:

There are 21202 oov words.

2.2 训练并评价模型

这时候就可以开始训练模型了。

lr, num_epochs = 0.01, 5
# 要过滤掉不计算梯度的embedding参数
optimizer = torch.optim.Adam(filter(lambda p: p.requires_grad, net.parameters()), lr=lr)
loss = nn.CrossEntropyLoss()
d2l.train(train_iter, test_iter, net, loss, optimizer, device, num_epochs)

输出:

training on  cuda
epoch 1, loss 0.5759, train acc 0.666, test acc 0.832, time 250.8 sec
epoch 2, loss 0.1785, train acc 0.842, test acc 0.852, time 253.3 sec
epoch 3, loss 0.1042, train acc 0.866, test acc 0.856, time 253.7 sec
epoch 4, loss 0.0682, train acc 0.888, test acc 0.868, time 254.2 sec
epoch 5, loss 0.0483, train acc 0.901, test acc 0.862, time 251.4 sec

2.3 使用模型进行预测

最后,定义预测函数。

def predict_sentiment(net, vocab, sentence):
    """sentence是词语的列表"""
    device = list(net.parameters())[0].device
    sentence = torch.tensor([vocab.stoi[word] for word in sentence], device=device)
    label = torch.argmax(net(sentence.view((1, -1))), dim=1)
    return 'positive' if label.item() == 1 else 'negative'

下面使用训练好的模型对两个简单句子的情感进行分类。

predict_sentiment(net, vocab, ['this', 'movie', 'is', 'so', 'great']) # positive
predict_sentiment(net, vocab, ['this', 'movie', 'is', 'so', 'bad']) # negative

总结

  • 文本分类把一段不定长的文本序列变换为文本的类别。它属于词嵌入的下游应用。
  • 可以应用预训练的词向量和循环神经网络对文本的情感进行分类。
相关文章
|
3月前
|
机器学习/深度学习 数据可视化 算法
PyTorch生态系统中的连续深度学习:使用Torchdyn实现连续时间神经网络
神经常微分方程(Neural ODEs)是深度学习领域的创新模型,将神经网络的离散变换扩展为连续时间动力系统。本文基于Torchdyn库介绍Neural ODE的实现与训练方法,涵盖数据集构建、模型构建、基于PyTorch Lightning的训练及实验结果可视化等内容。Torchdyn支持多种数值求解算法和高级特性,适用于生成模型、时间序列分析等领域。
240 77
PyTorch生态系统中的连续深度学习:使用Torchdyn实现连续时间神经网络
|
2月前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 算法
PyTorch PINN实战:用深度学习求解微分方程
物理信息神经网络(PINN)是一种将深度学习与物理定律结合的创新方法,特别适用于微分方程求解。传统神经网络依赖大规模标记数据,而PINN通过将微分方程约束嵌入损失函数,显著提高数据效率。它能在流体动力学、量子力学等领域实现高效建模,弥补了传统数值方法在高维复杂问题上的不足。尽管计算成本较高且对超参数敏感,PINN仍展现出强大的泛化能力和鲁棒性,为科学计算提供了新路径。文章详细介绍了PINN的工作原理、技术优势及局限性,并通过Python代码演示了其在微分方程求解中的应用,验证了其与解析解的高度一致性。
162 5
PyTorch PINN实战:用深度学习求解微分方程
|
3月前
|
人工智能 网络协议 IDE
使用通义灵码AI高效学习muduo网络库开发指南
Muduo 是一个基于 C++11 的高性能网络库,支持多线程和事件驱动,适用于构建高效的服务器和应用程序。它提供 TCP/IP 协议支持、异步非阻塞 I/O、定时器、异步日志等功能,并具备跨平台特性。通过 Git 克隆 muduo 仓库并切换至 C++17 分支可开始使用。借助 AI 工具如 Deepseak-v3,用户可以更便捷地学习和理解 Muduo 的核心模块及编写测试用例,提升开发效率。
|
3月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch TensorFlow
深度学习工具和框架详细指南:PyTorch、TensorFlow、Keras
在深度学习的世界中,PyTorch、TensorFlow和Keras是最受欢迎的工具和框架,它们为研究者和开发者提供了强大且易于使用的接口。在本文中,我们将深入探索这三个框架,涵盖如何用它们实现经典深度学习模型,并通过代码实例详细讲解这些工具的使用方法。
|
6月前
|
机器学习/深度学习 监控 PyTorch
深度学习工程实践:PyTorch Lightning与Ignite框架的技术特性对比分析
在深度学习框架的选择上,PyTorch Lightning和Ignite代表了两种不同的技术路线。本文将从技术实现的角度,深入分析这两个框架在实际应用中的差异,为开发者提供客观的技术参考。
143 7
|
6月前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 前端开发
前端神经网络入门:Brain.js - 详细介绍和对比不同的实现 - CNN、RNN、DNN、FFNN -无需准备环境打开浏览器即可测试运行-支持WebGPU加速
本文介绍了如何使用 JavaScript 神经网络库 **Brain.js** 实现不同类型的神经网络,包括前馈神经网络(FFNN)、深度神经网络(DNN)和循环神经网络(RNN)。通过简单的示例和代码,帮助前端开发者快速入门并理解神经网络的基本概念。文章还对比了各类神经网络的特点和适用场景,并简要介绍了卷积神经网络(CNN)的替代方案。
952 1
|
2月前
|
机器学习/深度学习 JavaScript PyTorch
9个主流GAN损失函数的数学原理和Pytorch代码实现:从经典模型到现代变体
生成对抗网络(GAN)的训练效果高度依赖于损失函数的选择。本文介绍了经典GAN损失函数理论,并用PyTorch实现多种变体,包括原始GAN、LS-GAN、WGAN及WGAN-GP等。通过分析其原理与优劣,如LS-GAN提升训练稳定性、WGAN-GP改善图像质量,展示了不同场景下损失函数的设计思路。代码实现覆盖生成器与判别器的核心逻辑,为实际应用提供了重要参考。未来可探索组合优化与自适应设计以提升性能。
135 7
9个主流GAN损失函数的数学原理和Pytorch代码实现:从经典模型到现代变体
|
25天前
|
存储 自然语言处理 PyTorch
从零开始用Pytorch实现LLaMA 4的混合专家(MoE)模型
近期发布的LLaMA 4模型引入混合专家(MoE)架构,以提升效率与性能。尽管社区对其实际表现存在讨论,但MoE作为重要设计范式再次受到关注。本文通过Pytorch从零实现简化版LLaMA 4 MoE模型,涵盖数据准备、分词、模型构建(含词元嵌入、RoPE、RMSNorm、多头注意力及MoE层)到训练与文本生成全流程。关键点包括MoE层实现(路由器、专家与共享专家)、RoPE处理位置信息及RMSNorm归一化。虽规模小于实际LLaMA 4,但清晰展示MoE核心机制:动态路由与稀疏激活专家,在控制计算成本的同时提升性能。完整代码见链接,基于FareedKhan-dev的Github代码修改而成。
59 9
从零开始用Pytorch实现LLaMA 4的混合专家(MoE)模型
|
1月前
|
机器学习/深度学习 数据可视化 机器人
比扩散策略更高效的生成模型:流匹配的理论基础与Pytorch代码实现
扩散模型和流匹配是生成高分辨率数据(如图像和机器人轨迹)的先进技术。扩散模型通过逐步去噪生成数据,其代表应用Stable Diffusion已扩展至机器人学领域形成“扩散策略”。流匹配作为更通用的方法,通过学习时间依赖的速度场将噪声转化为目标分布,适用于图像生成和机器人轨迹生成,且通常以较少资源实现更快生成。 本文深入解析流匹配在图像生成中的应用,核心思想是将图像视为随机变量的实现,并通过速度场将源分布转换为目标分布。文中提供了一维模型训练实例,展示了如何用神经网络学习速度场,以及使用最大均值差异(MMD)改进训练效果。与扩散模型相比,流匹配结构简单,资源需求低,适合多模态分布生成。
82 13
比扩散策略更高效的生成模型:流匹配的理论基础与Pytorch代码实现
|
1月前
|
机器学习/深度学习 编解码 PyTorch
从零实现基于扩散模型的文本到视频生成系统:技术详解与Pytorch代码实现
本文介绍了一种基于扩散模型的文本到视频生成系统,详细展示了模型架构、训练流程及生成效果。通过3D U-Net结构和多头注意力机制,模型能够根据文本提示生成高质量视频。
70 1
从零实现基于扩散模型的文本到视频生成系统:技术详解与Pytorch代码实现

热门文章

最新文章