【NLP】20 个基本的文本清理技术

NLP 中的文本清理是什么？

文本清理，也称为文本预处理或文本数据清理，正在准备原始文本数据并将其转换为更干净、更结构化的格式，以用于分析、建模或其他自然语言处理 (NLP) 任务。它涉及各种技术和程序，从文本文档中去除噪声、不一致和不相关信息，使数据更适合文本分析、情感分析、文本分类和机器学习等下游任务。

文本清理的主要目标是什么？

1. 数据质量改进：文本数据通常包含错误、不一致和不相关的内容。清理有助于确保数据准确、可靠和一致。
2. 降噪：文本数据中的噪声可能包括特殊字符、HTML 标签、标点符号和其他对分析或建模目标无益的元素。清洁可以消除或减少这种噪音。
3. 标准化：文本清理通常包括标准化文本，例如将所有文本转换为小写，以确保一致性并防止与案例相关的问题影响分析或建模。
4. 标记化：标记化是文本清理的关键部分。它涉及将文本分解为单独的单词或标记，从而使分析或处理文本数据变得更加容易。
5. 停用词删除：停用词是诸如“the”、“and”或“in”之类的常见单词，在文本清理过程中经常被删除，因为它们对许多任务来说没有重要意义。
6. 词干提取和词形还原：这些技术将单词简化为其词根形式，有助于对相似的单词进行分组。词干提取和词形还原对于文本分析任务特别有用，其中单词变体应被视为同一个单词。
7. 处理缺失数据：文本数据可能包含缺失值或不完整的句子。文本清理可能涉及填充缺失数据或解决不完整文本的策略。
8. 重复数据删除：删除重复或接近重复的文本条目对于确保数据完整性并防止分析或建模中的偏差至关重要。
9. 处理嘈杂的文本：嘈杂的文本数据可能包括拼写错误、缩写或非标准语言用法。文本清理策略有助于减轻此类噪音的影响。

文本清理是任何文本分析或 NLP 项目中的关键步骤。清洗后的文本数据的质量直接影响后续分析或建模任务的准确性和有效性。因此，理解和应用适当的文本清理技术对于从文本数据中获取有意义的见解至关重要。

使用正确的工具和技术集，文本清理很简单

20 个基本的文本清理技术

文本清理涉及将原始文本数据转换为适合分析或建模的干净且结构化的格式的各种技术。本节将探讨数据预处理的一些基本文本清理技术。

1. 删除 HTML 标签和特殊字符

HTML 标签和特殊字符在基于 Web 的文本数据中很常见。删除这些元素对于确保文本的可读性和可分析性至关重要。正则表达式可用于识别和消除 HTML 标签，而标点符号、符号或表情符号等特殊字符可被删除或替换为空格。

import re

def remove_html_tags(text): 
    clean_text = re.sub(r'<.*?>', '', text) 
    return clean_text

def remove_special_characters(text): 
    clean_text = re.sub(r'[^a-zA-Z0-9\s]', '', text) 
    return clean_text

2. 标记化

标记化是将文本分割成单个单词或标记的过程。这是大多数文本分析任务的基本步骤。标记化将文本分解为其组成部分，并促进单词的计数和分析。

3. 小写

将所有文本转换为小写是一种常见做法，以确保一致性并避免将不同大小写的单词视为不同的实体。此步骤有助于标准化文本数据。

import re

def remove_html_tags(text):
    clean_text = re.sub(r'<.*?>', '', text)
    return clean_text

def remove_special_characters(text):
    clean_text = re.sub(r'[^a-zA-Z0-9\s]', '', text)
    return clean_text

4. 停用词删除

停用词是诸如“the”、“and”或“in”之类的常见词，在许多 NLP 任务中几乎没有携带有意义的信息。删除停用词可以减少噪音并提高文本分析的效率。

from nltk.tokenize import word_tokenize

def tokenize_text(text):
    tokens = word_tokenize(text)
    return tokens

5. 词干提取和词形还原

词干提取和词形还原是将单词还原为词根形式的技术，有助于对相似的单词进行分组。词干提取更具侵略性，可能会产生非字典单词，而词形还原则产生有效单词。

from nltk.stem import PorterStemmer
from nltk.stem import WordNetLemmatizer

def stem_text(tokens):
    stemmer = PorterStemmer()
    stemmed_tokens = [stemmer.stem(word) for word in tokens]
    return stemmed_tokens

def lemmatize_text(tokens):
    lemmatizer = WordNetLemmatizer()
    lemmatized_tokens = [lemmatizer.lemmatize(word) for word in tokens]
    return lemmatized_tokens

6. 处理缺失数据

文本数据可能包含缺失值或不完整的句子。使用占位符填充缺失值或优雅地处理缺失数据等策略对于完整的管道至关重要。

这些基本的文本清理技术是更高级预处理步骤的构建块，并且是为分析、建模和其他自然语言处理任务准备文本数据的基础。选择应用哪种技术取决于文本数据的具体要求和特征以及分析或建模项目的目标。

7. 删除重复文本

重复或接近重复的文本条目可能会扭曲分析和建模结果并引入偏差。识别和删除重复项对于维护数据完整性至关重要。

def remove_duplicates(texts):
    unique_texts = list(set(texts))
    return unique_texts

8. 处理嘈杂的文本

嘈杂的文本数据可能包括拼写错误、缩写、非标准语言用法和其他不规则行为。解决此类噪音对于确保文本分析的准确性至关重要。可以应用拼写检查、更正和针对特定噪声模式的自定义规则等技术。

from spellchecker import SpellChecker

def correct_spelling(text):
    spell = SpellChecker()
    tokens = word_tokenize(text)
    corrected_tokens = [spell.correction(word) for word in tokens]
    corrected_text = ' '.join(corrected_tokens)
    return corrected_text

除了拼写检查和更正之外，还有其他几种处理嘈杂文本的策略：

• 正则表达式模式：制作正则表达式（regex）来识别、替换或删除嘈杂文本的特定模式。例如，您可以使用正则表达式来查找和更正标准日期格式、电子邮件地址或 URL。
• 自定义规则：定义自定义规则或字典来解决特定于域的噪音。例如，如果您正在处理医学文本，您可能会制定法规来规范医学缩写。
• 异常值检测：识别并标记明显偏离预期分布的文本数据，这可能表明异常值或错误。然后可以根据需要审查和纠正异常值。

import re

def clean_custom_patterns(text):
    # Example: Replace email addresses with a placeholder
    clean_text = re.sub(r'\S+@\S+', '[email]', text)
    return clean_text

9. 处理编码问题

编码问题可能会导致文本处理过程中出现不可读的字符或错误。确保文本正确编码（例如，UTF-8）对于防止与字符编码相关的问题至关重要。

def fix_encoding(text):
    try:
        decoded_text = text.encode('utf-8').decode('utf-8')
    except UnicodeDecodeError:
        decoded_text = 'Encoding Error'
    return decoded_text

10. 空白删除

额外的空格（包括前导空格和尾随空格）可能会影响文本分析。删除多余的空格有助于保持文本数据的一致性。

def remove_whitespace(text):
    cleaned_text = ' '.join(text.split())
    return cleaned_text

11. 处理数字数据

根据您的分析目标，您可能需要处理文本数据中的数字。选项包括将数字转换为单词（例如，“5”到“five”）或用占位符替换数字以专注于文本内容。

这些附加技术扩展了您的文本清理工具箱，使您能够解决现实世界文本数据中可能出现的更广泛的挑战。有效的文本清理需要结合使用这些技术，并仔细考虑数据的特征以及文本分析或 NLP 项目的目标。定期测试和验证您的清洁管道对于确保处理后的文本数据的质量和可靠性至关重要。

12. 处理文本语言识别

在某些情况下，您的文本数据可能包含多种语言的文本。识别每个文本片段的语言对于应用适当的清理技术（例如词干提取或词形还原）至关重要，这些技术可能因语言而异。用于语言检测的库和模型，例如  Python中的langdetect库，可以自动识别每个文本的语言。

from langdetect import detect

def detect_language(text):
    try:
        language = detect(text)
    except:
        language = 'unknown'
    return language

13. 处理不平衡数据

在文本分类任务中，不平衡的数据可能是一个挑战。如果某一类别的权重明显超过其他类别，则可能会导致模型出现偏差。可能需要诸如过采样、欠采样或生成合成数据（例如，使用SMOTE等技术）等技术来平衡数据集。

from imblearn.over_sampling import SMOTE

def balance_text_data(X, y):
    smote = SMOTE(sampling_strategy='auto')
    X_resampled, y_resampled = smote.fit_resample(X, y)
    return X_resampled, y_resampled

这些先进的文本清理技术解决了您在处理多样化的真实文本数据时可能遇到的更细微的挑战。应根据文本数据的具体特征和项目的目标来选择要应用的技术。有效的文本清理、仔细的数据探索和预处理为有意义的文本分析和建模奠定了基础。根据需要定期检查和完善文本清理管道对于保持数据质量和结果的可靠性至关重要。

14. 处理文本长度变化

文本数据的长度通常会有所不同，极端的变化会影响文本分析算法的性能。根据您的分析目标，您可能需要规范文本长度。技术包括：

• Padding：向较短的文本样本添加标记，使它们的长度与较长的样本相等。这通常用于文本分类等需要固定输入长度的任务。
• 文本摘要：通过生成简洁的摘要来减少较长文本的长度对于信息检索或摘要任务非常有用。

from tensorflow.keras.preprocessing.sequence import pad_sequences

def pad_text_sequences(text_sequences, max_length):
    padded_sequences = pad_sequences(text_sequences, maxlen=max_length, padding='post', truncating='post')
    return padded_sequences

15. 处理偏见和公平

在文本数据中，可能存在与性别、种族或其他敏感属性相关的偏见。解决这些偏见对于确保 NLP 应用的公平性至关重要。技术包括消除词嵌入偏差和使用重新加权损失函数来解决偏差。

def debias_word_embeddings(embeddings, gender_specific_words):
    # Implement a debiasing technique to reduce gender bias in word embeddings
    pass

16.处理大文本语料库

在处理大型文本语料库时，内存和处理时间变得至关重要。数据流、批处理和并行化可用于高效地清理和处理大量文本数据。

from multiprocessing import Pool

def parallel_process_text(data, cleaning_function, num_workers):
    with Pool(num_workers) as pool:
        cleaned_data = pool.map(cleaning_function, data)
    return cleaned_data

17. 处理多语言文本数据

文本数据可以是多语言的，这增加了一层复杂性。处理多语言文本时，应用特定于语言的清理和预处理技术非常重要。spaCy 和 NLTK 等库支持多种语言，可用于对各种语言的文本进行分词、词形还原和清理。

import spacy

def clean_multilingual_text(text, language_code):
    nlp = spacy.load(language_code)
    doc = nlp(text)
    cleaned_text = ' '.join([token.lemma_ for token in doc])
    return cleaned_text

18. 使用特定领域的术语处理文本数据

文本数据通常包含医学、法律或金融等专业领域的特定领域术语和术语。考虑到领域知识来预处理此类文本数据至关重要。创建用于处理特定领域术语的自定义词典和规则可以提高文本数据的质量。

def handle_domain_specific_terms(text, domain_dictionary):
    # Replace or normalize domain-specific terms using the provided dictionary
    pass

19. 处理长文档的文本数据

长文档（例如研究论文或法律文档）由于其长度可能会给文本分析带来挑战。文本摘要或文档分块等技术可以提取关键信息或将长文档分解为可管理的部分以进行分析。

from gensim.summarization import summarize

def summarize_long_document(text, ratio=0.2):
    summary = summarize(text, ratio=ratio)
    return summary

20. 处理带有时间参考的文本数据

包含时间引用（例如日期或时间戳）的文本数据可能需要特殊处理。您可以提取和标准化与时间相关的信息，将其转换为标准格式，或使用它创建时间序列数据以进行时间分析。

def extract_dates_and_times(text):
    # Implement date and time extraction logic (e.g., using regular expressions)
    pass

这些先进的文本清理技术解决了不同文本数据场景中的特定挑战。技术的选择应由文本数据的特征和项目的目标决定。请记住，有效的文本清理是一个迭代过程，持续评估和调整清理管道对于保持数据质量并在文本分析和 NLP 工作中取得有意义的结果至关重要。

用于文本清理的工具和库

文本清理可能很复杂且耗时，但您不必从头开始构建所有内容。有各种工具和库可以简化文本清理过程并使其更加高效。下面，我们将探讨一些常用于文本清理的基本工具和库：

A. 用于文本清理的 Python 库

1. NLTK（自然语言工具包）：NLTK是Python中用于自然语言处理的综合库。它提供了用于文本清理、标记化、词干提取、词形还原等的各种模块。

import nltk
from nltk.corpus import stopwords
from nltk.tokenize import word_tokenize
from nltk.stem import PorterStemmer

nltk.download('stopwords')
nltk.download('punkt')

stop_words = set(stopwords.words('english'))
tokens = word_tokenize(text)
filtered_tokens = [word for word in tokens if word not in stop_words]
stemmer = PorterStemmer()
stemmed_tokens = [stemmer.stem(word) for word in filtered_tokens]

2. spaCy：spaCy是一个强大的NLP库，提供高效的标记化、词形还原、词性标注和命名实体识别。它以其速度和准确性而闻名。

import spacy

nlp = spacy.load('en_core_web_sm')
doc = nlp(text)
cleaned_text = ' '.join([token.lemma_ for token in doc if not token.is_stop])

3. TextBlob：TextBlob是一个用于处理文本数据的简单库。它提供易于使用的文本清理、词性标记和情感分析功能。

from textblob import TextBlob

blob = TextBlob(text)
cleaned_text = ' '.join([word for word in blob.words if word not in blob.stopwords])

B. 用于文本清理的正则表达式（Regex）

正则表达式是模式匹配和文本操作的强大工具。它们对于删除特殊字符、提取特定模式和清理文本数据非常有用。

import re

# Remove special characters
cleaned_text = re.sub(r'[^a-zA-Z0-9\s]', '', text)

C. OpenRefine 用于文本清理

OpenRefine是一个开源工具，用于处理混乱的数据，包括文本数据。它提供了一个用户友好的界面，用于清理、转换和协调数据。它对于清理大型数据集很方便。

D. 文本清理美汤

Beautiful Soup 是一个用于网页抓取和解析 HTML 和 XML 文档的 Python 库。它从网页中提取文本内容并清理 HTML 标签。

from bs4 import BeautifulSoup

soup = BeautifulSoup(html_text, 'html.parser')
cleaned_text = soup.get_text()

E. 用于文本清理的 DataWrangler

DataWrangler 是斯坦福大学的一款工具，提供基于 Web 的界面，用于清理和转换杂乱的数据（包括文本）。它通过可视化方法提供交互式数据清理。

F. 用于文本清理的 OpenNLP

Apache OpenNLP 是一个用于自然语言处理的开源库。它包括用于标记化、句子分割和词性标记的预训练模型和工具。

这些工具和库可以显着加快文本清理过程，并提高数据预处理管道的效率和准确性。工具或库的选择取决于您的具体项目要求、对工具的熟悉程度以及您必须执行的文本清理任务的复杂性。

有效文本清理的最佳实践

文本清理是准备用于分析的文本数据的关键步骤，遵循最佳实践可确保清理后的数据准确、可靠且适合下游任务。以下是有效文本清理的一些基本最佳实践：

1. 了解您的数据：
   • 数据探索：在清理之前，彻底探索您的文本数据。了解其结构、模式以及特定于您的数据集的潜在挑战。
   • 领域知识：熟悉文本数据的领域或上下文。这些知识对于识别特定领域的噪音、行话或首字母缩写词非常宝贵。
2. 开发文本清理管道：
   • 顺序步骤：创建明确定义的文本清理步骤序列。从基本的预处理步骤开始，并根据需要逐步应用更先进的技术。
   • 版本控制：维护清理过程中所做更改的记录。使用 Git 等版本控制系统来跟踪和记录修改。
3. 测试和验证：
   • 对样本数据进行测试：首先，在小型数据集样本上测试您的清理管道，以确保其按预期工作。
   • 验证指标：建立验证指标来评估已清理数据的质量。这可能包括文本长度分布、词汇量或错误率等度量。
4. 一致性问题：
   • 小写：考虑将所有文本转换为小写以确保大小写一致性。但是，这可能并不总是适合特定任务，例如命名实体识别。
   • 标准化：标准化日期格式、测量单位以及整个文本中应保持一致的任何其他元素。
5. 处理缺失数据：
   • 缺失值策略：决定如何处理缺失数据。根据上下文，您可以删除缺少文本的记录、使用占位符填充缺失值或使用插补技术。
   • 记录缺失数据：记录数据集中是否存在缺失数据。这些信息对于分析和建模至关重要。
6. 处理噪音：
   • 噪声识别：制定识别和解决文本数据中的噪声的策略，例如拼写错误、缩写或非标准语言使用。
   • 自定义规则：创建自定义清理规则或字典来处理数据集特有的特定类型的噪声。
7. 平衡效率和质量：
   • 效率注意事项：考虑文本清理所需的计算资源，尤其是在处理大型数据集时。优化您的清洁管道以提高效率。
   • 权衡：请注意，某些清理技术可能涉及数据质量和处理时间之间的权衡。选择与您的项目优先级相符的技术。
8. 文档和透明度：
   • 文档：记录清理过程的每个步骤，包括决策背后的基本原理、应用的转换以及使用的任何自定义规则。
   • 可重复性：确保您的清洁过程可重复。其他团队成员或合作者应该能够理解和复制您的清洁管道。
9. 可扩展性：
   • 扩展策略：如果您预计要处理越来越大的数据集，请设计您的清洁管道以有效扩展。考虑分布式计算或并行化。
   • 批处理：实施批处理技术来处理块中的文本清理，特别是对于大量语料库。
10. 迭代方法：
    • 持续改进：文本清理通常是一个迭代过程。当您从分析或建模中获得见解时，重新审视和完善您的清洁管道以提高数据质量。
    • 反馈循环：在文本清理和下游任务之间建立反馈循环，以确定需要改进的领域。
11. 使用真实用例进行测试：
    • 用例测试：在特定分析或建模任务的上下文中测试清理后的数据，以确保其满足用例的要求。
    • 适应：准备根据不同分析或应用的需求来适应您的清洁管道。

通过遵循这些最佳实践，您可以提高已清理文本数据的质量和可靠性。有效的文本清理是任何文本分析或自然语言处理项目的基础步骤，执行良好的文本清理过程为有意义的见解和准确的模型奠定了基础。

文本清理的挑战和陷阱

文本清理是数据预处理中至关重要且复杂的部分，但也面临着挑战和潜在的陷阱。意识到这些挑战可以帮助您有效地应对它们。以下是文本清理中的一些常见挑战和陷阱：

1. 过度清洁与清洁不足：
   • 过度清洁：过度清洁可能会导致重要信息丢失。删除太多停用词或应用过多的词干提取可能会导致上下文丢失。
   • 清洁不足：另一方面，清洁不充分可能会在数据中留下噪音，影响分析和模型的质量。找到正确的平衡至关重要。
2. 处理特定领域的文本：
   • 领域术语：在专业领域中，文本数据可能包含标准清洁技术可能无法解决的特定领域的术语或术语。可能需要自定义规则或字典。
   • 歧义：一些特定领域的术语可能不明确，需要上下文感知的清理。
3. 平衡资源：
   • 计算资源：文本清理可能需要大量计算，尤其是对于大型数据集。在清洁彻底性与可用资源之间取得平衡具有挑战性。
   • 处理时间：清理过程可以显着延长数据准备所需的时间。找到有效的方法来清理文本至关重要，尤其是在处理大数据时。
4. 特定于语言的细微差别：
   • 多语言数据：多种语言的文本数据可能需要特定于语言的清理技术，例如词干提取或停用词删除。
   • 语言模型：某些语言在现有自然语言处理库中的支持有限，这使得应用标准技术具有挑战性。
5. 嘈杂的文本数据：
   • 打字错误和拼写错误：处理打字错误和拼写错误可能具有挑战性，特别是当这些错误在文本中很常见时。
   • 缩写词和首字母缩写词：文本数据通常包含可能需要扩展或规范化的缩写词和首字母缩略词。
6. 文本长度变化：
   • 长文档：清理长文档可能会消耗更多资源，并且可能需要做出有关摘要或分块的决定。
   • 短文本：短文本，如推文或标题，由于上下文有限，给清理和分析带来了挑战。
7. 文本数据中的偏差：
   • 偏见语言：文本数据可能包含与性别、种族或其他敏感属性相关的偏见。这些偏差可能需要去偏差技术。
   • 数据采样偏差：如果文本数据收集过程存在偏差，则可能会引入在清理过程中必须考虑的采样偏差。
8. 版本控制和文档：
   • 缺乏文档：清洁过程的文档不充分可以使重现或理解所做的决定变得更容易。
   • 版本控制：维护清洁过程的版本控制历史对于透明度和可重复性至关重要。
9. 可扩展性问题：
   • 处理大量文本：处理大量文本语料库时可能会出现可扩展性挑战。必须采用有效的清洁策略。
   • 并行处理：可能需要实施并行化或分布式计算技术才能在合理的时间范围内清理大型数据集。
10. 质量评价：
    • 定义质量指标：定义用于评估文本清理有效性的质量指标可能具有挑战性。指标可能会根据项目目标而有所不同。
    • 影响评估：评估文本清理如何影响分析或建模等下游任务需要仔细考虑。
11. 迭代性质：
    • 迭代过程：文本清理通常是一个迭代过程，随着您获得更多见解而不断发展。持续细化对于提高数据质量是必要的。
    • 反馈循环：在清洁和分析/建模之间建立反馈循环对于调整清洁策略至关重要。

应对这些挑战和陷阱需要结合领域知识、仔细的规划以及适当的文本清理技术的应用。深思熟虑和迭代的文本清理方法可以为有意义的分析和建模带来更干净、更可靠的数据。

结论

从原始文本数据到富有洞察力的分析和有效的自然语言处理 (NLP) 应用程序，文本清理是一个不可或缺且通常很复杂的阶段。这个过程虽然很重要，但也并非没有复杂性和细微差别。本指南探讨了与文本清理相关的基本原则、基本技术、工具、最佳实践和挑战。

文本清理很重要，因为它直接影响为数据驱动的世界提供动力的数据的质量、可靠性和实用性。它是构建强大的 NLP 模型、准确的情感分析、信息丰富的文本分类和全面的文本摘要的基础。从本质上讲，您的见解的质量和模型的可靠性取决于清理后的文本数据的质量。

我们首先定义文本清理并认识到其重要性。从那时起，我们深入研究了基本的文本清理技术，从 HTML 标签删除和标记化等基本操作到处理多语言文本或解决特定领域挑战等更高级的方法。我们探索了可用于简化文本清理过程的工具和库，重点介绍了 NLTK、spaCy 和 TextBlob 等 Python 库，以及正则表达式的强大功能。

详细讨论了有效文本清理的最佳实践，强调了理解数据、开发清晰的清理管道以及测试和验证结果的重要性。我们强调了保持一致性、妥善处理缺失数据以及平衡效率与质量的重要性。

此外，我们还研究了文本清理从业者可能遇到的挑战和潜在陷阱，例如过度清理和清理不足之间的微妙平衡、特定领域的细微差别以及可扩展性问题。

最后，文本清理并不是一种万能的方法。这是一个动态和迭代的过程，需要适应性、仔细考虑和领域专业知识。通过遵循最佳实践、意识到潜在的陷阱并不断完善您的方法，您可以确保您的文本清理工作产生干净、高质量的数据，从而释放有价值的见解并为下一代自然语言处理应用程序提供动力。文本清理是打开文本数据中隐藏宝藏的准备和关键旅程。