TextCNN文本分类Pytorch

文章目录

  • 前言
  • 一、环境:
  • 二、数据:
  • 三、模型结构
  • 四、主要代码
    • 1.word2id与id2word
    • 2.word2vec
    • 3.加载word2vec
  • 五、训练及测试
    • 未使用预训练词向量
    • 使用预训练的词向量
  • 总结


前言

之前写了一篇fasttext文本分类的文章,三个类别的准确率达到90+%,这篇文章主要是想测试一下TextCNN在文本分类任务上的效果,与fasttext对比,孰优孰劣。
代码已上传至GitHub:TextCNN文本分类

一、环境:

torch==1.9.0
gensim==3.8.3

其他的缺啥装啥吧
gensim4.x版本与3.x版本有些参数名变了,报错了百度下都可以解决。

二、数据:

由于数据集太大了,无法上传至GitHub,数据集链接:fasttext分类数据集
百度云:链接
提取码:96fu

PS: 与fasttext使用的是同一份数据。

三、模型结构

TextCNN文本分类Pytorch_第1张图片
我们结合代码来看吧:

class TextCNN(nn.Module):
    def __init__(self, config):
        super(TextCNN, self).__init__()
        self.embedding = nn.Embedding(config.vocab_size, config.embedding_size)
        if config.use_pretrained_w2v:
            self.embedding.weight.data.copy_(config.embedding_pretrained)
            self.embedding.weight.requires_grad = True

        self.convs = nn.ModuleList([nn.Conv2d(1, config.kenel_num, (k, config.embedding_size)) for k in config.kenel_size])

        self.dropout = nn.Dropout(config.dropout)
        self.fc = nn.Linear(config.kenel_num * len(config.kenel_size), config.num_classes)
    
    def forward(self, x):
        x = self.embedding(x)
        x = x.unsqueeze(1)
        x = [F.relu(conv(x)).squeeze(3) for conv in self.convs]
        x = [F.max_pool1d(line, line.size(2)).squeeze(2) for line in x]
        x = torch.cat(x, 1)
        x = self.dropout(x)
        out = self.fc(x)
        out = F.log_softmax(out, dim=1)
        return out

第二列6个的矩形便是self.convs这个地方有些人会把它分开来写,效果也是一样的:

self.conv1 = nn.Conv2d(1, config.kenel_num, (config.kernel_size[0], config.embedding_size))
self.conv2 = nn.Conv2d(1, config.kenel_num, (config.kernel_size[1], config.embedding_size))
self.conv3 = nn.Conv2d(1, config.kenel_num, (config.kernel_size[2], config.embedding_size))

相应地,如果你这样分开来写,在forward的时候也需要写三遍。

由于文本的词向量每个维度代表的含义不一样,在不同的维度上进行运算得到的结果没有实际意义。因此,卷积核的长度必须与词向量的维度一致,并且,卷积核移动的方向是从上至下移动的。

其实很好理解:
因为卷积核的长度等于词向量的维度,上图中,从上至下卷积,就是在词与词之间卷积,得到语义信息。如果卷积核的宽度为2,卷完I like之后,如果步长为1,则接着卷like this,有没有发现,这个非常像bi-gram的操作。使用不同size的卷积核,得到的特征所代表的含义也不同(可以借助图像的卷积来理解,不同的卷积核可以卷出不同方向上的直线)。

这里的参数config.use_pretrained_w2v用来控制是否使用预训练的词向量,对比一下使用预训练的词向量作为embedding层的权重与随机初始化embedding层权重的结果

四、主要代码

1.word2id与id2word

深度学习模型一般都逃不过这两个东西吧。

def build_word2id(lists):
    maps = {}
    for item in lists:
        if item not in maps:
            maps[item] = len(maps)
    return maps
   
word2id['PAD'] = len(word2id)
id2word = {word2id[w]: w for w in word2id}

lists为训练数据分词后组成的列表。

注意:为了方便,我没有严格操作,正常的操作需要加UNK。因为测试集中有可能存在未登录词,以及训练词向量时也会过滤掉一些低频词,导致这些词不在word2id中。

2.word2vec

def load_w2v():
    train_save_path = './data/three_class/train.csv'
    dev_save_path = './data/three_class/dev.csv'
    test_save_path = './data/three_class/test.csv'
    data = concat_all_data(train_save_path, dev_save_path, test_save_path)
    model_save_path = './checkpoints/w2v_model.bin'
    vec_save_path = './checkpoints/w2v_model.txt'
    if not os.path.exists(vec_save_path):
        sent = [str(row).split(' ') for row in data['text_seg']]
        phrases = Phrases(sent, min_count=5, progress_per=10000)
        bigram = Phraser(phrases)
        sentence = bigram[sent]
        cores = multiprocessing.cpu_count()
        w2v_model = Word2Vec(
            min_count=2,
            window=2,
            size=300,
            sample=6e-5,
            alpha=0.03,
            min_alpha=0.0007,
            negative=15,
            workers=cores-1,
            iter=7)
        t0 = time()
        w2v_model.build_vocab(sentence)
        t1 = time()
        print('build vocab cost time: {}s'.format(t1-t0))
        w2v_model.train(
            sentence,
            total_examples=w2v_model.corpus_count,
            epochs=20,
            report_delay=1
        )
        t2 = time()
        print('train w2v model cost time: {}s'.format(t2-t1))
        w2v_model.save(model_save_path)
        w2v_model.wv.save_word2vec_format(vec_save_path, binary=False)

如果你的gensim版本不同的话,报错自行解决。

训练倒是没啥问题,最后生成一个w2v_model.txt
TextCNN文本分类Pytorch_第2张图片

3.加载word2vec

def get_pretrainde_w2v():
    w2v_path = './checkpoints/w2v_model.txt'
    w2v_model = KeyedVectors.load_word2vec_format(w2v_path, binary=False)
    
    word2id_path = './data/three_class/word2id.json'
    id2_word_path = './data/three_class/id2word.json'
    with open(word2id_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        word2id = json.load(f)
    with open(id2_word_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        id2word = json.load(f)    

    vocab_size = len(word2id)
    embedding_size = 300
    weight = torch.zeros(vocab_size, embedding_size)
    for i in range(len(w2v_model.index2word )):
        try:
            index = word2id[w2v_model.index2word [i]]
        except:
            continue
        weight[index, :] = torch.from_numpy(w2v_model.get_vector(
            id2word[str(word2id[w2v_model.index2word [i]])]))
    # print(weight)
    return weight

不出意外的话,加载过程中会报错,大概这样:

raise ValueError("invalid vector on line %s (is this really the text format?)" % line_no)

这是因为这份数据没有经过严格的清洗,你看:
TextCNN文本分类Pytorch_第3张图片
有些词竟然用下划线连着,不过这种词不会影响我们加载,最主要的原因是分词的时候,文本中存在 \t、\n等字符,不过还好,这种情况不多,遇到上面的错误的时候,打开生成的w2v_model.txt,根据报错信息提示的行号,改一下对应的行就好了,把那些空行去掉,再次加载就不会报错了。

五、训练及测试

未使用预训练词向量

train epoch: 10, train_acc: 60.4980084432466%
eval epoch: 10, step: 25, loss: 0.18598
eval epoch: 10, step: 50, loss: 0.18880
eval epoch: 10, step: 75, loss: 0.18921
eval epoch: 10, step: 100, loss: 0.18730
eval epoch: 10, train_acc: 69.08880414056115%
开始测试:
test acc: 60.761789600967354%
开始预测:
电气 试验 本书 共 七章 主要 内容 电气 绝缘 基础理论 知识 液体 固体 组合 绝缘 电 特性 电气设备 交流 耐奈 试验 几个 问题   
预测正确,预测的label:工业技术, 正确的类别是: 工业技术

测试集准确率只有60%,未免太低了吧。

一度怀疑自己模型搞错了。

使用预训练的词向量

train epoch: 10, train_acc: 82.52915782192859%
eval epoch: 10, step: 25, loss: 0.10667
eval epoch: 10, step: 50, loss: 0.10773
eval epoch: 10, step: 75, loss: 0.10916
eval epoch: 10, step: 100, loss: 0.10584
eval epoch: 10, train_acc: 83.21983110868973%
开始测试:
test acc: 82.49697702539298%
开始预测:
电气 试验 本书 共 七章 主要 内容 电气 绝缘 基础理论 知识 液体 固体 组合 绝缘 电 特性 电气设备 交流 耐奈 试验 几个 问题   
预测正确,预测的label:工业技术, 正确的类别是: 工业技术

准确率提高到了82%,总体来说还行。

总结

1、TextCNN训练速度比较快,在三个类别的数据上准确率达到82%
2、与fasttext相比,TextCNN的效果要差一些,fastetxt准确率93%

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