【深度学习】实验18 自然语言处理

自然语言处理

自然语言处理(Natural Language Processing, NLP)是一种计算机科学和人工智能的交叉学科，致力于使计算机能够理解、分析、生成和处理自然语言文本（如英语、中文等）。这种技术涉及到语言学、统计学、机器学习、人工智能等领域的知识和技术。

NLP的目标是使计算机能够像人类一样理解自然语言，并与人类进行自然的交流。具体来说，NLP可以用于文本分类、信息提取、问答系统、自然语言生成、机器翻译、语音识别等方面。

在NLP技术中，常用的方法包括词法分析、语法分析、语义分析和自然语言生成。其中，词法分析是将输入文本分解成单词、标点符号等基本元素的过程；语法分析则是确定这些基本元素之间的规则和关系；语义分析则是理解文本的含义，并从中提取出相关信息；自然语言生成是通过一些规则和模板，将计算机生成的数据转化为符合自然语言规则的文本。

NLP的应用非常广泛。在搜索引擎中，NLP可以帮助搜索引擎优化搜索结果，并提供更准确的信息；在垃圾邮件过滤中，NLP可以检测和过滤掉垃圾邮件；在文本分类中，NLP可以将文本分为不同的类别，用于信息管理和数据分析；在机器翻译中，NLP可以将一种语言翻译成另一种语言。

尽管NLP已经在许多领域得到了广泛应用，但它仍然面临着许多挑战。其中最大的挑战之一是语言的多义性。由于自然语言的歧义性很高，NLP系统必须具备高度的智能才能正确地解释文本的意义。此外，不同语言之间的差异以及不同人之间的不同表达方式也给NLP技术带来了一定的挑战。

总的来说，NLP是非常有前途的技术，其可以帮助人们更好地理解和处理自然语言文本，并在许多领域发挥重要作用。通过不断的改进和创新，NLP将会在未来的科技发展中扮演越来越重要的角色。

分词技术

1. 正向最大匹配算法

# -*- coding: utf-8 -*-
# MM
# 使用正向最大匹配算法实现中文分词
dic = []
MAX_LENGTH = 5
 
def init():
    """
    读文件
    获取中文词典
    :return:
    """
    input = open("test.txt")
    lines = input.readlines()
    for line in lines:
        temp = line.split(',')
        dic.append(temp[0])
    for d in dic:
        print(d)

def if_contain(words):
    """
    判断当前词在词典中是否存在
    :param words:
    :return:
    """
    flag = False
    for d in dic:
        if d == words:
            flag = True
            break
    return flag

def spl(sentence):
    """
    正向最大匹配算法的主要实现部分
    从后向前切割字符串，直到切割出的子串与词典中的词匹配
    :param sentence:
    :return:
    """
    result = ''
    words = []
 
    while len(sentence) > 0:
        except_flag = False
        for i in range(MAX_LENGTH, 0, -1):
            temp = sentence[:i]    # 中文字符串切割方式
            print(i,temp)
            flag = if_contain(temp)
            if flag:
                words.append(temp)
                sentence = sentence[i:]
                except_flag = True
                break
        if not except_flag:
            # 判断当前字符串是否在词典中并不存在，若该字符串从头切割到尾都没有词典中的词则认为无法切割并且
            # 词典中不存在，此时直接将该词当成切割后的结果加入结果列表
            words.append(sentence)
            break
    for w in words:
        result += (w + '/')
    return result

def main():
    """
    与用户交互接口
    :return:
    """
    init()
    while True:
        input_str = input(">")
        if not input_str:
            break
        result = spl(input_str)
        print("分词结果为：")
        print(result)
 
 
if __name__ == "__main__":
    main()

研究
研究生
生命
命
的
起源
研究生命的起源

5 研究生命的
4 研究生命
3 研究生
5 命的起源
4 命的起源
3 命的起
2 命的
1 命
5 的起源
4 的起源
3 的起源
2 的起
1 的
5 起源
分词结果为：
研究生/命/的/起源/

2. HanLP常用方法

from pyhanlp import *

print(HanLP.segment('你好，欢迎在Python中调用HanLP的API'))

[你好/vl, ，/w, 欢迎/v, 在/p, Python/nx, 中/f, 调用/v, HanLP/nx, 的/ude1, API/nx]

for term in HanLP.segment('下雨天地面积水'):
    print('{}\t{}'.format(term.word, term.nature)) # 获取单词与词性
testCases = [
    "商品和服务",
    "结婚的和尚未结婚的确实在干扰分词啊",
    "买水果然后来世博园最后去世博会",
    "中国的首都是北京",
    "欢迎新老师生前来就餐",
    "工信处女干事每月经过下属科室都要亲口交代24口交换机等技术性器件的安装工作",
    "随着页游兴起到现在的页游繁盛，依赖于存档进行逻辑判断的设计减少了，但这块也不能完全忽略掉。"]
for sentence in testCases: print(HanLP.segment(sentence))

下雨天	n
地面	n
积水	n
[商品/n, 和/cc, 服务/vn]
[结婚/vi, 的/ude1, 和/cc, 尚未/d, 结婚/vi, 的/ude1, 确实/ad, 在/p, 干扰/vn, 分词/n, 啊/y]
[买/v, 水果/n, 然后/c, 来/vf, 世博园/n, 最后/f, 去/vf, 世博会/n]
[中国/ns, 的/ude1, 首都/n, 是/vshi, 北京/ns]
[欢迎/v, 新/a, 老/a, 师生/n, 前来/vi, 就餐/vi]
[工信处/n, 女干事/n, 每月/t, 经过/p, 下属/v, 科室/n, 都/d, 要/v, 亲口/d, 交代/v, 24/m, 口/n, 交换机/n, 等/udeng, 技术性/n, 器件/n, 的/ude1, 安装/v, 工作/vn]
[随着/p, 页游/nz, 兴起/v, 到/v, 现在/t, 的/ude1, 页游/nz, 繁盛/a, ，/w, 依赖于/v, 存档/vi, 进行/vn, 逻辑/n, 判断/v, 的/ude1, 设计/vn, 减少/v, 了/ule, ，/w, 但/c, 这/rzv, 块/q, 也/d, 不能/v, 完全/ad, 忽略/v, 掉/v, 。/w]

# 关键词提取
document = "水利部水资源司司长陈明忠9月29日在国务院新闻办举行的新闻发布会上透露，" \
           "根据刚刚完成了水资源管理制度的考核，有部分省接近了红线的指标，" \
           "有部分省超过红线的指标。对一些超过红线的地方，陈明忠表示，对一些取用水项目进行区域的限批，" \
           "严格地进行水资源论证和取水许可的批准。"
print(HanLP.extractKeyword(document, 2))

   [水资源, 陈明忠]

# 自动摘要
print(HanLP.extractSummary(document, 3))

   [严格地进行水资源论证和取水许可的批准, 水利部水资源司司长陈明忠9月29日在国务院新闻办举行的新闻发布会上透露, 有部分省超过红线的指标]

# 依存句法分析
print(HanLP.parseDependency("徐先生还具体帮助他确定了把画雄鹰、松鼠和麻雀作为主攻目标。"))

1	徐先生	徐先生	nh	nr	_	4	主谓关系	_	_
2	还	还	d	d	_	4	状中结构	_	_
3	具体	具体	a	ad	_	4	状中结构	_	_
4	帮助	帮助	v	v	_	0	核心关系	_	_
5	他	他	r	r	_	4	兼语	_	_
6	确定	确定	v	v	_	4	动宾关系	_	_
7	了	了	u	u	_	6	右附加关系	_	_
8	把	把	p	p	_	15	状中结构	_	_
9	画	画	v	v	_	8	介宾关系	_	_
10	雄鹰	雄鹰	n	n	_	9	动宾关系	_	_
11	、	、	wp	w	_	12	标点符号	_	_
12	松鼠	松鼠	n	n	_	10	并列关系	_	_
13	和	和	c	c	_	14	左附加关系	_	_
14	麻雀	麻雀	n	n	_	10	并列关系	_	_
15	作为	作为	v	v	_	6	动宾关系	_	_
16	主攻	主攻	v	vn	_	17	定中关系	_	_
17	目标	目标	n	n	_	15	动宾关系	_	_
18	。	。	wp	w	_	4	标点符号	_	_

3. Jieba常用方法

# encoding=utf-8
import jieba
# 全模式
seg_list = jieba.cut("我来到北京清华大学", cut_all=True)
print("Full Mode: " + "/ ".join(seg_list)) 
print(seg_list)

Building prefix dict from the default dictionary ...
Loading model from cache /tmp/jieba.cache
Loading model cost 0.743 seconds.
Prefix dict has been built successfully.
Full Mode: 我/ 来到/ 北京/ 清华/ 清华大学/ 华大/ 大学

# 精确模式
seg_list = jieba.cut("我来到北京清华大学", cut_all=False)
print("Default Mode: " + "/ ".join(seg_list))  

Default Mode: 我/ 来到/ 北京/ 清华大学

# 默认是精确模式
seg_list = jieba.cut("他来到了网易杭研大厦")  
print(", ".join(seg_list))

他, 来到, 了, 网易, 杭研, 大厦

# 搜索引擎模式
seg_list = jieba.cut_for_search("我来到北京清华大学")  
print("/".join(seg_list))

我/来到/北京/清华/华大/大学/清华大学

seg_list = jieba.lcut("我来到北京清华大学", cut_all=True)
print(seg_list)

['我', '来到', '北京', '清华', '清华大学', '华大', '大学']

# encoding=utf-8
text1 = '李小福是创新办主任也是云计算方面的专家'
seg_list1 = jieba.cut(text1, cut_all=False)
print("/ ".join(seg_list1))

李小福/ 是/ 创新/ 办/ 主任/ 也/ 是/ 云/ 计算/ 方面/ 的/ 专家

# 自定义词典
text1 = '李小福是创新办主任也是云计算方面的专家'
# 'userdict.txt'为自定义词典的路径
jieba.load_userdict('userdict.txt') 
seg_list1 = jieba.cut(text1, cut_all=False)
print("/ ".join(seg_list1))

李小福/ 是/ 创新办/ 主任/ 也/ 是/ 云计算/ 方面/ 的/ 专家

构建词向量

1. 基于sklearn构建One-hot词向量

from numpy import array
from numpy import argmax
from sklearn.preprocessing import LabelEncoder
from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder
from warnings import filterwarnings
filterwarnings('ignore')
# define example
data = ['cold', 'cold', 'warm', 'cold', 'hot', 'hot', 'warm', 'cold', 'warm', 'hot']
values = array(data)
print(values)
# integer encode
label_encoder = LabelEncoder()
integer_encoded = label_encoder.fit_transform(values)
print(integer_encoded)
# binary encode
onehot_encoder = OneHotEncoder(sparse=False)
integer_encoded = integer_encoded.reshape(len(integer_encoded), 1)
onehot_encoded = onehot_encoder.fit_transform(integer_encoded)
print(onehot_encoded)
# invert first example
inverted = label_encoder.inverse_transform([argmax(onehot_encoded[0, :])])
print(inverted)

['cold' 'cold' 'warm' 'cold' 'hot' 'hot' 'warm' 'cold' 'warm' 'hot']
[0 0 2 0 1 1 2 0 2 1]
[[1. 0. 0.]
 [1. 0. 0.]
 [0. 0. 1.]
 [1. 0. 0.]
 [0. 1. 0.]
 [0. 1. 0.]
 [0. 0. 1.]
 [1. 0. 0.]
 [0. 0. 1.]
 [0. 1. 0.]]
['cold']

2. 基于gensim构建word2vec词向量

# -*- coding: utf-8 -*-
 
import jieba
import jieba.analyse
 
jieba.suggest_freq('沙瑞金', True)
jieba.suggest_freq('田国富', True)
jieba.suggest_freq('高育良', True)
jieba.suggest_freq('侯亮平', True)
jieba.suggest_freq('钟小艾', True)
jieba.suggest_freq('陈岩石', True)
jieba.suggest_freq('欧阳菁', True)
jieba.suggest_freq('易学习', True)
jieba.suggest_freq('王大路', True)
jieba.suggest_freq('蔡成功', True)
jieba.suggest_freq('孙连城', True)
jieba.suggest_freq('季昌明', True)
jieba.suggest_freq('丁义珍', True)
jieba.suggest_freq('郑西坡', True)
jieba.suggest_freq('赵东来', True)
jieba.suggest_freq('高小琴', True)
jieba.suggest_freq('赵瑞龙', True)
jieba.suggest_freq('林华华', True)
jieba.suggest_freq('陆亦可', True)
jieba.suggest_freq('刘新建', True)
jieba.suggest_freq('刘庆祝', True)
 
with open('./in_the_name_of_people.txt') as f:
    document = f.read()
    
    #document_decode = document.decode('GBK')
    
    document_cut = jieba.cut(document)
    #print  ' '.join(jieba_cut)  //如果打印结果，则分词效果消失，后面的result无法显示
    result = ' '.join(document_cut)
    result = result.encode('utf-8')
    with open('./in_the_name_of_people_segment.txt', 'wb') as f2:
        f2.write(result)
f.close()
f2.close()

Building prefix dict from the default dictionary ...
Dumping model to file cache /tmp/jieba.cache
Loading model cost 1.790 seconds.
Prefix dict has been built successfully.

# import modules & set up logging
import logging
import os
from gensim.models import word2vec
 
logging.basicConfig(format='%(asctime)s : %(levelname)s : %(message)s', level=logging.INFO)
 
sentences = word2vec.LineSentence('./in_the_name_of_people_segment.txt') 
 
model = word2vec.Word2Vec(sentences, hs=1,min_count=1,window=3) 

#沙书记最相近的一些3个字的词（主要是人名）如下：
#gensim.models.Word2Vec.similar_by_wordword [，topn，restrict_vocab]）：找到前N个最相似的单词。
req_count = 5
for key in model.wv.similar_by_word('沙瑞金'.encode('utf-8').decode('utf-8'), topn =100):
    if len(key[0])==3:
        req_count -= 1
        print(key[0], key[1])
        if req_count == 0:
            break;

高育良 0.9653146862983704
田国富 0.953415036201477
侯亮平 0.9278725385665894
李达康 0.9275027513504028
易学习 0.9119865298271179

#看两个词向量的相近程度
#gensim.models.Word2Vec.similarity（ws1，ws2）：计算两个单词之间的余弦相似度。
print(model.wv.similarity('沙瑞金'.encode('utf-8').decode('utf-8'), '钟小艾'.encode('utf-8').decode('utf-8')))
print(model.wv.similarity('沙瑞金'.encode('utf-8').decode('utf-8'), '李达康'.encode('utf-8').decode('utf-8')))

0.85246694
0.9275029

#找出不同类的词
print(model.wv.doesnt_match(u"沙瑞金 高育良 李达康 钟小艾".split()))

钟小艾

附：系列文章

序号	文章目录	直达链接
1	波士顿房价预测	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132181950
2	鸢尾花数据集分析	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182057
3	特征处理	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182165
4	交叉验证	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182238
5	构造神经网络示例	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182341
6	使用TensorFlow完成线性回归	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182417
7	使用TensorFlow完成逻辑回归	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182496
8	TensorBoard案例	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182584
9	使用Keras完成线性回归	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182723
10	使用Keras完成逻辑回归	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132182795
11	使用Keras预训练模型完成猫狗识别	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132243928
12	使用PyTorch训练模型	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132243989
13	使用Dropout抑制过拟合	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132244111
14	使用CNN完成MNIST手写体识别(TensorFlow)	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132244499
15	使用CNN完成MNIST手写体识别(Keras)	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132244552
16	使用CNN完成MNIST手写体识别(PyTorch)	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132244641
17	使用GAN生成手写数字样本	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132244764
18	自然语言处理	https://want595.blog.csdn.net/article/details/132276591