如何将ELMo词向量用于中文

from：http://www.linzehui.me/2018/08/12/%E7%A2%8E%E7%89%87%E7%9F%A5%E8%AF%86/%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%B0%86ELMo%E8%AF%8D%E5%90%91%E9%87%8F%E7%94%A8%E4%BA%8E%E4%B8%AD%E6%96%87/

10.10更新：ELMo已经由哈工大组用PyTorch重写了，并且提供了中文的预训练好的language model，可以直接使用。

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ELMo于今年二月由AllenNLP提出，与word2vec或GloVe不同的是其动态词向量的思想，其本质即通过训练language model，对于一句话进入到language model获得不同的词向量。根据实验可得，使用了Elmo词向量之后，许多NLP任务都有了大幅的提高。

论文:Deep contextualized word representations

AllenNLP一共release了两份ELMo的代码，一份是Pytorch版本的，另一份是Tensorflow版本的。Pytorch版本的只开放了使用预训练好的词向量的接口，但没有给出自己训练的接口，因此无法使用到中文语料中。Tensorflow版本有提供训练的代码，因此本文记录如何将ELMo用于中文语料中，但本文只记录使用到的部分，而不会分析全部的代码。

需求:
使用预训练好的词向量作为句子表示直接传入到RNN中(也就是不使用代码中默认的先过CNN)，在训练完后，将模型保存，在需要用的时候load进来，对于一个特定的句子，首先将其转换成预训练的词向量，传入language model之后最终得到ELMo词向量。

准备工作:

1. 将中文语料分词
2. 训练好GloVe词向量或者word2vec
3. 下载bilm-tf代码
4. 生成词表 vocab_file （训练的时候要用到）
5. optional:阅读Readme
6. optional:通读bilm-tf的代码，对代码结构有一定的认识

思路:

1. 将预训练的词向量读入
2. 修改bilm-tf代码
   1. option部分
   2. 添加给embedding weight赋初值
   3. 添加保存embedding weight的代码
3. 开始训练，获得checkpoint和option文件
4. 运行脚本，获得language model的weight文件
5. 将embedding weight保存为hdf5文件形式
6. 运行脚本，将语料转化成ELMo embedding。

训练GloVe或word2vec

可参见我以前的博客或者网上的教程。
注意到，如果要用gensim导入GloVe训好的词向量，需要在开头添加num_word embedding_dim。 如：

获得vocab词表文件

注意到，词表文件的开头必须要有 ，且大小写敏感。并且应当按照单词的词频降序排列。可以通过手动添加这三个特殊符号。
如：

代码：

model=gensim.models.KeyedVectors.load_word2vec_format(
    fname='/home/zhlin/GloVe/vectors.txt',binary=False
)
words=model.vocab
with open('vocab.txt','w') as f:
    f.write('')
    f.write('\n'）
    f.write('')
    f.write('\n')
    f.write('')
    f.write('\n')    # bilm-tf 要求vocab有这三个符号，并且在最前面
    for word in words:
        f.write(word)
        f.write('\n')

修改bilm-tf代码

注意到，在使用该代码之前，需要安装好相应的环境。

如果使用的是conda作为默认的Python解释器，强烈建议使用conda安装，否则可能会出现一些莫名的错误

conda install tensorflow-gpu=1.4
conda install h5py
python setup.py install #应在bilm-tf的文件夹下执行该指令

 

然后再运行测试代码，通过说明安装成功。

修改train_elmo.py

bin文件夹下的train_elmo.py是程序的入口。
主要修改的地方：

1. load_vocab的第二个参数应该改为None
2. n_gpus CUDA_VISIBLE_DEVICES 根据自己需求改
3. n_train_tokens 可改可不改，影响的是输出信息。要查看自己语料的行数，可以通过wc -l corpus.txt 查看。
4. option的修改，将char_cnn部分都注释掉，其他根据自己需求修改

如：

修改LanguageModel类

由于我需要传入预训练好的GloVe embedding，那么还需要修改embedding部分，这部分在bilm文件夹下的training.py，进入到LanguageModel类中_build_word_embeddings函数中。注意到，由于前三个是 ，而这三个字符在GloVe里面是没有的，因此这三个字符的embedding应当在训练的时候逐渐学习到，而正因此 embedding_weights的trainable应当设为True

如:

修改train函数

添加代码，使得在train函数的最后保存embedding文件。

训练并获得weights文件

训练需要语料文件corpus.txt，词表文件vocab.txt。

训练

cd到bilm-tf文件夹下，运行

export CUDA_VISIBLE_DEVICES=4
nohup python -u bin/train_elmo.py \
--train_prefix='/home/zhlin/bilm-tf/corpus.txt' \
--vocab_file /home/zhlin/bilm-tf/glove_embedding_vocab8.10/vocab.txt \
--save_dir /home/zhlin/bilm-tf/try >bilm_out.txt 2>&1 &

 

根据实际情况设定不同的值和路径。

运行情况：

PS:运行过程中可能会有warning:

‘list’ object has no attribute ‘name’
WARNING:tensorflow:Error encountered when serializing lstm_output_embeddings.
Type is unsupported, or the types of the items don’t match field type in CollectionDef.

应该不用担心，还是能够继续运行的，后面也不受影响。

在等待了相当长的时间后，在save_dir文件夹内生成了几个文件，其中checkpoint和options是关键，checkpoint能够进一步生成language model的weights文件，而options记录language model的参数。

获得language model的weights

接下来运行bin/dump_weights.py将checkpoint转换成hdf5文件。

nohup python -u  /home/zhlin/bilm-tf/bin/dump_weights.py  \
--save_dir /home/zhlin/bilm-tf/try  \
--outfile /home/zhlin/bilm-tf/try/weights.hdf5 >outfile.txt 2>&1 &

其中save_dir是checkpoint和option文件保存的地址。

接下来等待程序运行：

最终获得了想要的weights和option：

将语料转化成ELMo embedding

由于我们有了vocab_file、与vocab_file一一对应的embedding h5py文件、以及language model的weights.hdf5和options.json。
接下来参考usage_token.py将一句话转化成ELMo embedding。

参考代码：

import tensorflow as tf
import os
from bilm import TokenBatcher, BidirectionalLanguageModel, weight_layers, \
    dump_token_embeddings

# Our small dataset.
raw_context = [
    '这 是 测试 .',
    '好的 .'
]
tokenized_context = [sentence.split() for sentence in raw_context]
tokenized_question = [
    ['这', '是', '什么'],
]

vocab_file='/home/zhlin/bilm-tf/glove_embedding_vocab8.10/vocab.txt'
options_file='/home/zhlin/bilm-tf/try/options.json'
weight_file='/home/zhlin/bilm-tf/try/weights.hdf5'
token_embedding_file='/home/zhlin/bilm-tf/glove_embedding_vocab8.10/vocab_embedding.hdf5'

## Now we can do inference.
# Create a TokenBatcher to map text to token ids.
batcher = TokenBatcher(vocab_file)

# Input placeholders to the biLM.
context_token_ids = tf.placeholder('int32', shape=(None, None))
question_token_ids = tf.placeholder('int32', shape=(None, None))

# Build the biLM graph.
bilm = BidirectionalLanguageModel(
    options_file,
    weight_file,
    use_character_inputs=False,
    embedding_weight_file=token_embedding_file
)

# Get ops to compute the LM embeddings.
context_embeddings_op = bilm(context_token_ids)
question_embeddings_op = bilm(question_token_ids)

elmo_context_input = weight_layers('input', context_embeddings_op, l2_coef=0.0)
with tf.variable_scope('', reuse=True):
    # the reuse=True scope reuses weights from the context for the question
    elmo_question_input = weight_layers(
        'input', question_embeddings_op, l2_coef=0.0
    )

elmo_context_output = weight_layers(
    'output', context_embeddings_op, l2_coef=0.0
)
with tf.variable_scope('', reuse=True):
    # the reuse=True scope reuses weights from the context for the question
    elmo_question_output = weight_layers(
        'output', question_embeddings_op, l2_coef=0.0
    )


with tf.Session() as sess:
    # It is necessary to initialize variables once before running inference.
    sess.run(tf.global_variables_initializer())

    # Create batches of data.
    context_ids = batcher.batch_sentences(tokenized_context)
    question_ids = batcher.batch_sentences(tokenized_question)

    # Compute ELMo representations (here for the input only, for simplicity).
    elmo_context_input_, elmo_question_input_ = sess.run(
        [elmo_context_input['weighted_op'], elmo_question_input['weighted_op']],
        feed_dict={context_token_ids: context_ids,
                   question_token_ids: question_ids}
    )

print(elmo_context_input_,elmo_context_input_)

 

可以修改代码以适应自己的需求。

Reference

https://github.com/allenai/bilm-tf