使用torchtext的文本分类

原文:https://pytorch.org/tutorials/beginner/text_sentiment_ngrams_tutorial.html

本教程说明如何使用torchtext中的文本分类数据集,包括

  1. - AG_NEWS,
  2. - SogouNews,
  3. - DBpedia,
  4. - YelpReviewPolarity,
  5. - YelpReviewFull,
  6. - YahooAnswers,
  7. - AmazonReviewPolarity,
  8. - AmazonReviewFull

此示例显示了如何使用这些TextClassification数据集之一训练用于分类的监督学习算法。

使用 N 元组加载数据

一袋 N 元组特征用于捕获有关本地单词顺序的一些部分信息。 在实践中,应用二元语法或三元语法作为单词组比仅一个单词提供更多的好处。 一个例子:

  1. "load data with ngrams"
  2. Bi-grams results: "load data", "data with", "with ngrams"
  3. Tri-grams results: "load data with", "data with ngrams"

TextClassification数据集支持ngrams方法。 通过将ngrams设置为 2,数据集中的示例文本将是一个单字加二元组字符串的列表。

  1. import torch
  2. import torchtext
  3. from torchtext.datasets import text_classification
  4. NGRAMS = 2
  5. import os
  6. if not os.path.isdir('./.data'):
  7. os.mkdir('./.data')
  8. train_dataset, test_dataset = text_classification.DATASETS['AG_NEWS'](
  9. root='./.data', ngrams=NGRAMS, vocab=None)
  10. BATCH_SIZE = 16
  11. device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")

定义模型

该模型由EmbeddingBag层和线性层组成(请参见下图)。 nn.EmbeddingBag计算嵌入“袋”的平均值。 此处的文本条目具有不同的长度。 nn.EmbeddingBag此处不需要填充,因为文本长度以偏移量保存。

另外,由于nn.EmbeddingBag会动态累积嵌入中的平均值,因此nn.EmbeddingBag可以提高性能和存储效率,以处理张量序列。

../_img/text_sentiment_ngrams_model.png

  1. import torch.nn as nn
  2. import torch.nn.functional as F
  3. class TextSentiment(nn.Module):
  4. def __init__(self, vocab_size, embed_dim, num_class):
  5. super().__init__()
  6. self.embedding = nn.EmbeddingBag(vocab_size, embed_dim, sparse=True)
  7. self.fc = nn.Linear(embed_dim, num_class)
  8. self.init_weights()
  9. def init_weights(self):
  10. initrange = 0.5
  11. self.embedding.weight.data.uniform_(-initrange, initrange)
  12. self.fc.weight.data.uniform_(-initrange, initrange)
  13. self.fc.bias.data.zero_()
  14. def forward(self, text, offsets):
  15. embedded = self.embedding(text, offsets)
  16. return self.fc(embedded)

启动实例

AG_NEWS数据集具有四个标签,因此类别数是四个。

  1. 1 : World
  2. 2 : Sports
  3. 3 : Business
  4. 4 : Sci/Tec

词汇的大小等于词汇的长度(包括单个单词和 N 元组)。 类的数量等于标签的数量,在AG_NEWS情况下为 4。

  1. VOCAB_SIZE = len(train_dataset.get_vocab())
  2. EMBED_DIM = 32
  3. NUN_CLASS = len(train_dataset.get_labels())
  4. model = TextSentiment(VOCAB_SIZE, EMBED_DIM, NUN_CLASS).to(device)

用于生成批量的函数

由于文本条目的长度不同,因此使用自定义函数generate_batch()生成数据批和偏移量。 该函数被传递到torch.utils.data.DataLoader中的collate_fncollate_fn的输入是张量列表,其大小为batch_sizecollate_fn函数将它们打包成一个小批量。 请注意此处,并确保将collate_fn声明为顶级def。 这样可以确保该函数在每个工作程序中均可用。

原始数据批量输入中的文本条目打包到一个列表中,并作为单个张量级联,作为nn.EmbeddingBag的输入。 偏移量是定界符的张量,表示文本张量中各个序列的起始索引。 Label是一个张量,用于保存单个文本条目的标签。

  1. def generate_batch(batch):
  2. label = torch.tensor([entry[0] for entry in batch])
  3. text = [entry[1] for entry in batch]
  4. offsets = [0] + [len(entry) for entry in text]
  5. # torch.Tensor.cumsum returns the cumulative sum
  6. # of elements in the dimension dim.
  7. # torch.Tensor([1.0, 2.0, 3.0]).cumsum(dim=0)
  8. offsets = torch.tensor(offsets[:-1]).cumsum(dim=0)
  9. text = torch.cat(text)
  10. return text, offsets, label

定义函数来训练模型并评估结果

建议 PyTorch 用户使用torch.utils.data.DataLoader,它可以轻松地并行加载数据(教程在这里)。 我们在此处使用DataLoader加载AG_NEWS数据集,并将其发送到模型以进行训练/验证。

  1. from torch.utils.data import DataLoader
  2. def train_func(sub_train_):
  3. # Train the model
  4. train_loss = 0
  5. train_acc = 0
  6. data = DataLoader(sub_train_, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True,
  7. collate_fn=generate_batch)
  8. for i, (text, offsets, cls) in enumerate(data):
  9. optimizer.zero_grad()
  10. text, offsets, cls = text.to(device), offsets.to(device), cls.to(device)
  11. output = model(text, offsets)
  12. loss = criterion(output, cls)
  13. train_loss += loss.item()
  14. loss.backward()
  15. optimizer.step()
  16. train_acc += (output.argmax(1) == cls).sum().item()
  17. # Adjust the learning rate
  18. scheduler.step()
  19. return train_loss / len(sub_train_), train_acc / len(sub_train_)
  20. def test(data_):
  21. loss = 0
  22. acc = 0
  23. data = DataLoader(data_, batch_size=BATCH_SIZE, collate_fn=generate_batch)
  24. for text, offsets, cls in data:
  25. text, offsets, cls = text.to(device), offsets.to(device), cls.to(device)
  26. with torch.no_grad():
  27. output = model(text, offsets)
  28. loss = criterion(output, cls)
  29. loss += loss.item()
  30. acc += (output.argmax(1) == cls).sum().item()
  31. return loss / len(data_), acc / len(data_)

分割数据集并运行模型

由于原始的AG_NEWS没有有效的数据集,因此我们将训练数据集分为训练/有效集,其分割比率为 0.95(训练)和 0.05(有效)。 在这里,我们在 PyTorch 核心库中使用torch.utils.data.dataset.random_split函数。

CrossEntropyLoss标准将nn.LogSoftmax()nn.NLLLoss()合并到一个类中。 在训练带有C类的分类问题时很有用。 SGD实现了随机梯度下降方法作为优化程序。 初始学习率设置为 4.0。 StepLR在此处用于通过历时调整学习率。

  1. import time
  2. from torch.utils.data.dataset import random_split
  3. N_EPOCHS = 5
  4. min_valid_loss = float('inf')
  5. criterion = torch.nn.CrossEntropyLoss().to(device)
  6. optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=4.0)
  7. scheduler = torch.optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, 1, gamma=0.9)
  8. train_len = int(len(train_dataset) * 0.95)
  9. sub_train_, sub_valid_ = \
  10. random_split(train_dataset, [train_len, len(train_dataset) - train_len])
  11. for epoch in range(N_EPOCHS):
  12. start_time = time.time()
  13. train_loss, train_acc = train_func(sub_train_)
  14. valid_loss, valid_acc = test(sub_valid_)
  15. secs = int(time.time() - start_time)
  16. mins = secs / 60
  17. secs = secs % 60
  18. print('Epoch: %d' %(epoch + 1), " | time in %d minutes, %d seconds" %(mins, secs))
  19. print(f'\tLoss: {train_loss:.4f}(train)\t|\tAcc: {train_acc * 100:.1f}%(train)')
  20. print(f'\tLoss: {valid_loss:.4f}(valid)\t|\tAcc: {valid_acc * 100:.1f}%(valid)')

出:

  1. Epoch: 1 | time in 0 minutes, 11 seconds
  2. Loss: 0.0262(train) | Acc: 84.7%(train)
  3. Loss: 0.0002(valid) | Acc: 89.3%(valid)
  4. Epoch: 2 | time in 0 minutes, 11 seconds
  5. Loss: 0.0119(train) | Acc: 93.6%(train)
  6. Loss: 0.0002(valid) | Acc: 89.6%(valid)
  7. Epoch: 3 | time in 0 minutes, 11 seconds
  8. Loss: 0.0069(train) | Acc: 96.3%(train)
  9. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 91.8%(valid)
  10. Epoch: 4 | time in 0 minutes, 11 seconds
  11. Loss: 0.0038(train) | Acc: 98.1%(train)
  12. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 91.5%(valid)
  13. Epoch: 5 | time in 0 minutes, 11 seconds
  14. Loss: 0.0022(train) | Acc: 99.0%(train)
  15. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 91.4%(valid)

使用以下信息在 GPU 上运行模型:

周期:1 | 时间在 0 分 11 秒内

  1. Loss: 0.0263(train) | Acc: 84.5%(train)
  2. Loss: 0.0001(valid) | Acc: 89.0%(valid)

周期:2 | 时间在 0 分钟 10 秒内

  1. Loss: 0.0119(train) | Acc: 93.6%(train)
  2. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 89.6%(valid)

周期:3 | 时间在 0 分钟 9 秒内

  1. Loss: 0.0069(train) | Acc: 96.4%(train)
  2. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 90.5%(valid)

周期:4 | 时间在 0 分 11 秒内

  1. Loss: 0.0038(train) | Acc: 98.2%(train)
  2. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 90.4%(valid)

周期:5 | 时间在 0 分 11 秒内

  1. Loss: 0.0022(train) | Acc: 99.0%(train)
  2. Loss: 0.0000(valid) | Acc: 91.0%(valid)

使用测试数据集评估模型

  1. print('Checking the results of test dataset...')
  2. test_loss, test_acc = test(test_dataset)
  3. print(f'\tLoss: {test_loss:.4f}(test)\t|\tAcc: {test_acc * 100:.1f}%(test)')

出:

  1. Checking the results of test dataset...
  2. Loss: 0.0002(test) | Acc: 90.9%(test)

正在检查测试数据集的结果…

  1. Loss: 0.0237(test) | Acc: 90.5%(test)

测试随机新闻

使用到目前为止最好的模型并测试高尔夫新闻。 标签信息在这里

  1. import re
  2. from torchtext.data.utils import ngrams_iterator
  3. from torchtext.data.utils import get_tokenizer
  4. ag_news_label = {1 : "World",
  5. 2 : "Sports",
  6. 3 : "Business",
  7. 4 : "Sci/Tec"}
  8. def predict(text, model, vocab, ngrams):
  9. tokenizer = get_tokenizer("basic_english")
  10. with torch.no_grad():
  11. text = torch.tensor([vocab[token]
  12. for token in ngrams_iterator(tokenizer(text), ngrams)])
  13. output = model(text, torch.tensor([0]))
  14. return output.argmax(1).item() + 1
  15. ex_text_str = "MEMPHIS, Tenn. – Four days ago, Jon Rahm was \
  16. enduring the season's worst weather conditions on Sunday at The \
  17. Open on his way to a closing 75 at Royal Portrush, which \
  18. considering the wind and the rain was a respectable showing. \
  19. Thursday's first round at the WGC-FedEx St. Jude Invitational \
  20. was another story. With temperatures in the mid-80s and hardly any \
  21. wind, the Spaniard was 13 strokes better in a flawless round. \
  22. Thanks to his best putting performance on the PGA Tour, Rahm \
  23. finished with an 8-under 62 for a three-stroke lead, which \
  24. was even more impressive considering he'd never played the \
  25. front nine at TPC Southwind."
  26. vocab = train_dataset.get_vocab()
  27. model = model.to("cpu")
  28. print("This is a %s news" %ag_news_label[predict(ex_text_str, model, vocab, 2)])

出:

  1. This is a Sports news

这是体育新闻

您可以在此处找到本说明中显示的代码示例

脚本的总运行时间:(1 分 38.483 秒)

下载 Python 源码:text_sentiment_ngrams_tutorial.py

下载 Jupyter 笔记本:text_sentiment_ngrams_tutorial.ipynb

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