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# 文本分类
文本分类是机器学习中的一项常见任务,主要目的是根据一条文本的内容,判断该文本所属的类别。在本例子中,我们利用有标注的语料库训练二分类DNN和CNN模型,完成对语料的简单文本分类
文本分类是机器学习中的一项常见任务,主要目的是根据一条文本的内容,判断该文本所属的类别。在本例子中,我们利用有标注的语料库训练二分类DNN和CNN模型,完成对输入文本的分类任务
DNN与CNN模型之间最大的区别在于:CNN是一种序列模型,能够提取一个局部区域之内的特征,能够处理变长的序列输入。而DNN大多使用基本的全连接结构,不是一种序列模型,只能接受固定维度的特征向量作为输入。例如,"The apple is not bad",其中的"not bad"是决定这个句子情感的关键。对于DNN模型来说,只能感知到句子中有一个"not"和一个"bad",并且在输入时“not”和“bad”之间的顺序关系已经丢失,网络已经不再有机会学习到序列之间蕴含的特征;而CNN模型则可能直接感知到"not bad"这个关键词组。因此,在大多数文本分类任务上,CNN模型的表现要好于DNN。
DNN与CNN模型之间最大的区别在于:CNN是一种序列模型,能够提取一个局部区域之内的特征,能够处理变长的序列输入。而DNN大多使用基本的全连接结构,不是一种序列模型,只能接受固定维度的特征向量作为输入。举例来说,情感分类是一项常见的文本分类任务,在情感分类中,我们希望训练一个模型来判断句子中表现出的情感是正向还是负向。例如,"The apple is not bad",其中的"not bad"是决定这个句子情感的关键。对于DNN模型来说,只能知道句子中有一个"not"和一个"bad",并且在输入时“not”和“bad”之间的顺序关系已经丢失,网络不再有机会学习到序列之间蕴含的特征;而CNN模型接受文本序列作为输入,保留了"not bad"之间的顺序信息。因此,在大多数文本分类任务上,CNN模型的表现要好于DNN。
## 实验数据
本例子的实验在IMDB数据集上进行([数据集下载](http://ai.stanford.edu/%7Eamaas/data/sentiment/aclImdb_v1.tar.gz))。IMDB数据集包含了来自IMDB(互联网电影数据库)网站的5万条电影影评,并被标注为正面/负面两种评价。数据集被划分为train和test两部分,各2.5万条数据,正负样本的比例基本为1:1。样本直接以英文原文的形式表示。
本样例在第一次运行的时候会自动下载IMDB数据集并缓存,用户无需手动下载。
## DNN模型
**DNN的模型结构入下图所示:**
......@@ -19,14 +17,14 @@ DNN与CNN模型之间最大的区别在于:CNN是一种序列模型,能够
**可以看到,模型主要分为如下几个部分:**
- **词向量层**:IMDB的样本由原始的英文单词组成,为了更好地表示不同的词之间语义上的关系,首先将英文单词转化为固定维度的向量。训练完成后,词与词语义上的相似程度将可以用它们的词向量之间的距离来表示,语义上越相似,距离越近。
- **词向量层**:IMDB的样本由原始的英文单词组成,为了更好地表示不同的词之间语义上的关系,首先将英文单词转化为固定维度的向量。训练完成后,词与词语义上的相似程度将可以用它们的词向量之间的距离来表示,语义上越相似,距离越近。关于词向量的更多信息请参考PaddleBook中的[词向量](https://github.com/PaddlePaddle/book/tree/develop/04.word2vec)一节。
- **最大池化层**:最大池化在时间序列上进行,池化过程消除了不同语料样本在单词数量多少上的差异,并提炼出词向量中每一下标位置上的最大值。经过池化后,词向量层输出的向量的序列被转化为一条固定维度的向量。例如,假设最大池化前向量的序列为`[[2,3,5],[7,3,6],[1,4,0]]`,则最大池化的结果为:`[7,4,6]`
- **全连接隐层**:经过最大池化后的向量被送入两个连续的隐层,隐层之间为全连接结构。
- **输出层**:输出层的神经元数量和样本的类别数一致,例如在二分类问题中,输出层会有2个神经元。通过Softmax激活函数,输出层神经元的输出结果归一化为一个概率分布,和为1,因此第i个神经元的输出就可以认为是样本属于第i类的预测概率。
- **输出层**:输出层的神经元数量和样本的类别数一致,例如在二分类问题中,输出层会有2个神经元。通过Softmax激活函数,输出结果是一个归一化的概率分布,和为1,因此第i个神经元的输出就可以认为是样本属于第i类的预测概率。
**通过PaddlePaddle实现该DNN结构的代码如下:**
......@@ -97,7 +95,7 @@ def fc_net(dict_dim, class_dim=2, emb_dim=28):
**可以看到,模型主要分为如下几个部分:**
- **词向量层**:与DNN中词向量层的作用一样,将英文单词转化为固定维度的向量,利用向量之间的距离来表示词之间的语义相关程度。如图2中所示,将得到的词向量定义为行向量,再将语料中所有的单词产生的行向量拼接在一起组成矩阵。假设词向量维度为5,语料“The cat sat on the read mat”包含7个单词,那么得到的矩阵维度为7*5。
- **词向量层**:与DNN中词向量层的作用一样,将英文单词转化为固定维度的向量,利用向量之间的距离来表示词之间的语义相关程度。如图2中所示,将得到的词向量定义为行向量,再将语料中所有的单词产生的行向量拼接在一起组成矩阵。假设词向量维度为5,语料“The cat sat on the read mat”包含7个单词,那么得到的矩阵维度为7*5。关于词向量的更多信息请参考PaddleBook中的[词向量](https://github.com/PaddlePaddle/book/tree/develop/04.word2vec)一节。
- **卷积层**: 文本分类中的卷积在时间序列上进行,即卷积核的宽度和词向量层产出的矩阵一致,卷积验证矩阵的高度方向进行。卷积后得到的结果被称为“特征图”(feature map)。假设卷积核的高度为h,矩阵的高度为N,卷积的步长为1,则得到的特征图为一个高度为N+1-h的向量。可以同时使用多个不同高度的卷积核,得到多个特征图。
......@@ -147,12 +145,12 @@ def convolution_net(dict_dim, class_dim=2, emb_dim=28, hid_dim=128):
return cost, output, lbl
```
该CNN网络的输入数据类型和前面介绍过的DNN一致。`paddle.networks.sequence_conv_pool`为Paddle中已经封装好的带有池化的文本序列卷积模块,该模块的`context_len`参数用于指定卷积核在同一时间覆盖的文本长度,也即图2中的卷积核的高度;`hidden_size`用于指定该类型的卷积核的数量。可以看到,上述代码定义的结构中使用了128个大小为3的卷积核和128个大小为4的卷积核,这些卷积的结果经过最大池化和结果并置后产生一个256维的向量,向量经过一个全连接层输出最终预测结果。
该CNN网络的输入数据类型和前面介绍过的DNN一致。`paddle.networks.sequence_conv_pool`为PaddlePaddle中已经封装好的带有池化的文本序列卷积模块,该模块的`context_len`参数用于指定卷积核在同一时间覆盖的文本长度,也即图2中的卷积核的高度;`hidden_size`用于指定该类型的卷积核的数量。可以看到,上述代码定义的结构中使用了128个大小为3的卷积核和128个大小为4的卷积核,这些卷积的结果经过最大池化和结果并置后产生一个256维的向量,向量经过一个全连接层输出最终预测结果。
## 自定义数据
上面的代码使用了PaddlePaddle自带的样例数据,如果希望使用自己的数据进行训练,需要自行编写数据读取接口。
本样例中的代码通过`Paddle.dataset.imdb.train`接口使用了PaddlePaddle自带的样例数据,在第一次运行代码时,PaddlePaddle会自动下载并缓存所需的数据。如果希望使用自己的数据进行训练,需要自行编写数据读取接口。
编写数据读取接口的关键在于实现一个Python生成器,生成器负责从原始输入文集中解析出一条训练样本,并组合成适当的数据形式传送给网络中的data layer。例如在本样例中,data layer需要的数据类型为`paddle.data_type.integer_value_sequence`,这本质上是一个Python list。因此我们的生成器需要完成的主要就是“从文件中读取数据”和“转换成适当形式的Python list”这两件事
编写数据读取接口的关键在于实现一个Python生成器,生成器负责从原始输入文本中解析出一条训练样本,并组合成适当的数据形式传送给网络中的data layer。例如在本样例中,data layer需要的数据类型为`paddle.data_type.integer_value_sequence`,本质上是一个Python list。因此我们的生成器需要完成:1. 从文件中读取数据, 2. 转换成适当形式的Python list,这两件事情
假设原始数据的格式为:
......@@ -160,7 +158,7 @@ def convolution_net(dict_dim, class_dim=2, emb_dim=28, hid_dim=128):
PaddlePaddle is good 1
What a terrible weather 0
```
每一行为一条样本,样本包括了原始语料和标签,语料内部单词以空格分隔,语料和标签之间用`\t`分隔。对于这样的数据,可以如下自定义的数据读取接口来为PaddlePaddle返回训练数据:
每一行为一条样本,样本包括了原始语料和标签,语料内部单词以空格分隔,语料和标签之间用`\t`分隔。对以上格式的数据,可以使用如下自定义的数据读取接口为PaddlePaddle返回训练数据:
```python
def encode_word(word, word_dict):
......@@ -197,7 +195,7 @@ def data_reader(file_name, word_dict):
return reader
```
`word_dict`是字典,用来原始的单词字符串转化为在字典中的序号。可以用`data_reader`替换原先代码中的`Paddle.dataset.imdb.train`接口用以提供自定义的训练数据。
`word_dict`是字典,用来原始的单词字符串转化为在字典中的序号。可以用`data_reader`替换原先代码中的`Paddle.dataset.imdb.train`接口用以提供自定义的训练数据。
## 运行与输出
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