自然语言处理系列十八》中文分词》分词工具实战》Java的HanLP分词

注：此文章内容均节选自充电了么创始人，CEO兼CTO陈敬雷老师的新书《分布式机器学习实战》（人工智能科学与技术丛书）【陈敬雷编著】【清华大学出版社】

自然语言处理系列十八

分词工具实战

分词工具有Java、Python、C++实现的，这里给大家推荐目前最流行的分词工具。CRF++是采用C++语言编写，但可以用Python来调用。HanLP是用Java编写的，也可以用Python调用。IK分词和mmseg4j分词也是用Java编写，经常集成在搜索引擎Solr和Elasticsearch里。下面分别进行讲解这几个开源分词包。

Java的HanLP分词

HanLP是一系列模型与算法组成的NLP工具包，使用Java语言开发，并支持Python语言调用，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用。HanLP具备功能完善、性能高效、架构清晰、语料时新、可自定义的特点。
HanLP提供下列功能：
中文分词:
HMM-Bigram（速度与精度最佳平衡；一百兆内存）
最短路分词、N-最短路分词
由字构词（侧重精度，全世界最大语料库，可识别新词；适合NLP任务）
感知机分词、CRF分词
词典分词（侧重速度，每秒数千万字符；省内存）
极速词典分词
所有分词器都支持：
索引全切分模式
用户自定义词典
兼容繁体中文
训练用户自己的领域模型
词性标注：
HMM词性标注（速度快）
感知机词性标注、CRF词性标注（精度高）
命名实体识别：
基于HMM角色标注的命名实体识别 （速度快）
中国人名识别、音译人名识别、日本人名识别、地名识别、实体机构名识别
基于线性模型的命名实体识别（精度高）
感知机命名实体识别、CRF命名实体识别
关键词提取：
TextRank关键词提取
自动摘要：
TextRank自动摘要
短语提取：
基于互信息和左右信息熵的短语提取
拼音转换：
多音字、声母、韵母、声调
简繁转换：
简繁分歧词（简体、繁体、臺灣正體、香港繁體）
文本推荐：
语义推荐、拼音推荐、字词推荐
依存句法分析：
基于神经网络的高性能依存句法分析器
基于ArcEager转移系统的柱搜索依存句法分析器
文本分类：
情感分析
文本聚类：
KMeans、Repeated Bisection、自动推断聚类数目k
word2vec：
词向量训练、加载、词语相似度计算、语义运算、查询、KMeans聚类
文档语义相似度计算
语料库工具：
部分默认模型训练自小型语料库，鼓励用户自行训练。所有模块提供训练接口，语料可参考98年人民日报语料库。
在提供丰富功能的同时，HanLP内部模块坚持低耦合、模型坚持惰性加载、服务坚持静态提供、词典坚持明文发布，使用非常方便。默认模型训练自全世界最大规模的中文语料库，同时自带一些语料处理工具，帮助用户训练自己的模型。支持自定义词典。
下面我们通过Java代码来演示HanLP的几种中文分词使用，代码如下所示：
【代码6.14】 PrefixSpanJob.scala

package com.chongdianleme.job;
import com.hankcs.hanlp.HanLP;
import com.hankcs.hanlp.seg.CRF.CRFSegment;
import com.hankcs.hanlp.seg.Dijkstra.DijkstraSegment;
import com.hankcs.hanlp.seg.NShort.NShortSegment;
import com.hankcs.hanlp.seg.Segment;
import com.hankcs.hanlp.seg.common.Term;
import com.hankcs.hanlp.tokenizer.IndexTokenizer;
import com.hankcs.hanlp.tokenizer.NLPTokenizer;
import com.hankcs.hanlp.tokenizer.SpeedTokenizer;
import com.hankcs.hanlp.tokenizer.StandardTokenizer;
import java.util.List;
/**
 * Created by 充电了么App - 陈敬雷
 * 充电了么App官网：http://chongdianleme.com/
 * 充电了么App - 专注上班族职业技能提升充电学习的在线教育平台
 * HanLP中文分词功能演示，开源地址：https://github.com/hankcs/HanLP
*/
public class HanLPDemo {
    public static void main(String[] args) {
        segment();//常用默认分词：HanLP.segment
        standardSegment();//标准分词：StandardTokenizer.segment
        NLPSegment();// NLP分词
        indexTokenizerSegment();//索引分词
        nShortSegment();//N-最短路径分词
        CRFSegment();//CRF分词
        highSpeedSegment();//极速词典分词
    }
    /**
     *1.常用默认分词：HanLP.segment
     * HanLP对词典的数据结构进行了长期的优化，可以应对绝大多数场景。哪怕HanLP的词典上百兆也无需担心，因为在内存中被精心压缩过。
     * 如果内存非常有限，请使用小词典。HanLP默认使用大词典，同时提供小词典。全部词典和模型都是惰性加载的，不使用的模型相当于不存在，可以自由删除。
     * HanLP.segment其实是对StandardTokenizer.segment标准分词的包装，和标准分词的结果是一样的。
     */
    public static void segment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        List<Term> termList =HanLP.segment(s);
        System.out.println(termList);
        //输出结果如下：分词结果包含词性，比如分布式的词性b代表区别词，机器学习的词性gi代表计算机相关词汇，实战的词性n代表名称，
        // 后面每个词都返回了对应的词性，这里不一一举例，下章我们会单独讲词性标注，列出所有的词性表。
        //[分布式/b, 机器学习/gi, 实战/n, （/w, 人工智能/n, 科学/n, 与/p, 技术/n, 丛书/n, ）/w, 深入浅出/i, ，/w, 逐步/d, 讲解/v, 分布式/b, 机器学习/gi, 的/uj, 框架/n, 及/c, 应用/vn, 配套/a, 个性化/v, 推荐/v, 算法/n, 系统/n, 、/w, 人脸/n, 识别/v, 、/w, 对话/vn, 机器人/n, 等/u, 实战/n, 项目/n, 。/w]
    }
    /**
     *2.标准分词：StandardTokenizer.segment
     * HanLP中有一系列“开箱即用”的静态分词器，以Tokenizer结尾，在接下来的例子中会继续介绍。
     * HanLP.segment其实是对StandardTokenizer.segment的包装。
     * 分词结果包含词性，每个词性的意思下章详细讲解。
     */
    public static void standardSegment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        List<Term> termList = StandardTokenizer.segment(s);
        System.out.println(termList);
        termList = HanLP.segment(s);
        //输出结果如下：可以看到和上面的HanLP.segment结果是一样的。
        //[分布式/b, 机器学习/gi, 实战/n, （/w, 人工智能/n, 科学/n, 与/p, 技术/n, 丛书/n, ）/w, 深入浅出/i, ，/w, 逐步/d, 讲解/v, 分布式/b, 机器学习/gi, 的/uj, 框架/n, 及/c, 应用/vn, 配套/a, 个性化/v, 推荐/v, 算法/n, 系统/n, 、/w, 人脸/n, 识别/v, 、/w, 对话/vn, 机器人/n, 等/u, 实战/n, 项目/n, 。/w]
    }
    /**
     *3.NLP分词：NLPTokenizer.segment
     NLP分词NLPTokenizer会执行词性标注和命名实体识别，由结构化感知机序列标注框架支撑。默认模型训练自9970万字的大型综合语料库，是已知范围内全世界最大的中文分词语料库。
     语料库规模决定实际效果，面向生产环境的语料库应当在千万字量级。用户可以在自己的语料上训练新模型以适应新领域、识别新的命名实体。
     */
    public static void NLPSegment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        System.out.println(NLPTokenizer.segment(s));
        //输出结果如下：
        //[分布式/b, 机器学习/gi, 实战/n, （/w, 人工智能/n, 科学/n, 与/p, 技术/n, 丛书/n, ）/w, 深入浅出/i, ，/w, 逐步/d, 讲解/v, 分布式/b, 机器学习/gi, 的/uj, 框架/n, 及/c, 应用/vn, 配套/a, 个性化/v, 推荐/v, 算法/n, 系统/n, 、/w, 人脸/n, 识别/v, 、/w, 对话/vn, 机器人/n, 等/u, 实战/n, 项目/n, 。/w]
    }
    /**
     *4.索引分词：IndexTokenizer.segment
     索引分词IndexTokenizer是面向搜索引擎的分词器，能够对长词全切分，另外通过term.offset可以获取单词在文本中的偏移量。
     任何分词器都可以通过基类Segment的enableIndexMode方法激活索引模式。
     */
    public static void indexTokenizerSegment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        List<Term> termList = IndexTokenizer.segment(s);
        for (Term term : termList)
        {
            System.out.println(term + " [" + term.offset + ":" + (term.offset + term.word.length()) + "]");
        }
        //输出结果如下：
        /**
         分布式/b [0:3]
         分布/v [0:2]
         机器学习/gi [3:7]
         机器/n [3:5]
         学习/v [5:7]
         实战/n [7:9]
         （/w [9:10]
         人工智能/n [10:14]
         人工/n [10:12]
         智能/n [12:14]
         科学/n [14:16]
         与/p [16:17]
         技术/n [17:19]
         丛书/n [19:21]
         ）/w [21:22]
         深入浅出/i [22:26]
         深入/v [22:24]
         ，/w [26:27]
         逐步/d [27:29]
         讲解/v [29:31]
         分布式/b [31:34]
         分布/v [31:33]
         机器学习/gi [34:38]
         机器/n [34:36]
         学习/v [36:38]
         的/uj [38:39]
         框架/n [39:41]
         及/c [41:42]
         应用/vn [42:44]
         配套/a [44:46]
         个性化/v [46:49]
         个性/n [46:48]
         推荐/v [49:51]
         算法/n [51:53]
         系统/n [53:55]
         、/w [55:56]
         人脸/n [56:58]
         识别/v [58:60]
         、/w [60:61]
         对话/vn [61:63]
         机器人/n [63:66]
         机器/n [63:65]
         等/u [66:67]
         实战/n [67:69]
         项目/n [69:71]
         。/w [71:72]
         */
    }
    /**
     * 5.N-最短路径分词:nShortSegment.seg
     N最短路分词器NShortSegment比最短路分词器慢，但是效果稍微好一些，对命名实体识别能力更强。
     一般场景下最短路分词的精度已经足够，而且速度比N最短路分词器快几倍，请酌情选择。
     */
    public static void nShortSegment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        Segment nShortSegment = new NShortSegment().enableCustomDictionary(false).enablePlaceRecognize(true).enableOrganizationRecognize(true);
        Segment shortestSegment = new DijkstraSegment().enableCustomDictionary(false).enablePlaceRecognize(true).enableOrganizationRecognize(true);
        System.out.println("N-最短分词：" + nShortSegment.seg(s) + "\n最短路分词：" + shortestSegment.seg(s));
        //输出结果如下：
        //N-最短分词：[分布式/b, 机器/n, 学习/v, 实战/n, （/w, 人工智能/n, 科学/n, 与/p, 技术/n, 丛书/n, ）/w, 深入浅出/i, ，/w, 逐步/d, 讲解/v, 分布式/b, 机器/n, 学习/v, 的/uj, 框架/n, 及/c, 应用/vn, 配套/a, 个性化/v, 推荐/v, 算法/n, 系统/n, 、/w, 人脸/n, 识别/v, 、/w, 对话/vn, 机器人/n, 等/u, 实战/n, 项目/n, 。/w]
        //最短路分词：[分布式/b, 机器/n, 学习/v, 实战/n, （/w, 人工智能/n, 科学/n, 与/p, 技术/n, 丛书/n, ）/w, 深入浅出/i, ，/w, 逐步/d, 讲解/v, 分布式/b, 机器/n, 学习/v, 的/uj, 框架/n, 及/c, 应用/vn, 配套/a, 个性化/v, 推荐/v, 算法/n, 系统/n, 、/w, 人脸/n, 识别/v, 、/w, 对话/vn, 机器人/n, 等/u, 实战/n, 项目/n, 。/w]
    }
    /**
     *6.CRF分词：CRFSegment
     CRF对新词有很好的识别能力，但是开销较大。
     */
    public static void  CRFSegment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        Segment crfSegment = new CRFSegment();
        System.out.println(crfSegment.seg(s));
    }
    /**
     *7.极速词典分词：SpeedTokenizer.segment
     极速分词是词典最长分词，速度极其快，精度一般。在i7-6700K上跑出了4500万字每秒的速度。
     */
    public static void  highSpeedSegment() {
        String s = "分布式机器学习实战（人工智能科学与技术丛书）深入浅出，逐步讲解分布式机器学习的框架及应用配套个性化推荐算法系统、人脸识别、对话机器人等实战项目。";
        System.out.println(SpeedTokenizer.segment(s));
        long start = System.currentTimeMillis();
        int pressure = 100;
        for (int i = 0; i < pressure; ++i)
        {
            SpeedTokenizer.segment(s);
        }
        double costTime = (System.currentTimeMillis() - start) / (double)1000;
        System.out.printf("分词速度：%.2f字每秒", s.length() * pressure / costTime);
    }
}

总结

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