词向量训练

如何训练你自己的词向量

这里我直接参考了Distributed Representations of Words and Phrases and their Compositionality这篇论文 他没有采用层次的哈弗曼树，而是使用了负列采样，这也是工业界用的比较多的一种方法 模型采用Skip-gram 这篇论文有很多模型实现的细节，这些细节对于词向量的好坏至关重要。主要是由于计算资源等各种细节原因，我无法复现论文中的实验结果，但是还是可以大致展示如何训练词向量。这边用了GPU版的pytouch，我的显卡是RTX-2070，如果没有显卡资源，建议安装CPU版本的pytouch

资源

源码和停用词表，分词词典，我都放在了这里https://download.csdn.net/download/weixin_38616018/12574038 不需要积分的，我的分词词典是特殊领域的，可以用你自定义的词典代替 然后训练语料因为是直接从我的图数据库里面拿的，我就不分享了，主要是从知网上爬下来的相关领域的论文摘要，下一篇论文我会把代码发出来，或者在https://github.com/1095560081/cnki-reptile有源码

python代码

应该可以直接在jupyter notebook上运行

#参考论文 Distributed Representations of Words and Phrases and their Compositionality #author：william create 2020/7.2 import torch import torch.nn as nn #神经网络工具箱torch.nn import torch.nn.functional as F #神经网络函数torch.nn.functional import torch.utils.data as tud #Pytorch读取训练集需要用到torch.utils.data类 from torch.nn.parameter import Parameter #参数更新和优化函数 from collections import Counter #Counter 计数器 import numpy as np import random import math import pandas as pd import scipy #SciPy是基于NumPy开发的高级模块，它提供了许多数学算法和函数的实现 import sklearn from sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity #余弦相似度函数 class WordEmbeddingDataset(tud.Dataset): #tud.Dataset父类 def __init__(self, text, word_to_idx, idx_to_word, word_freqs, word_counts): ''' text: a list of words, all text from the training dataset word_to_idx: the dictionary from word to idx idx_to_word: idx to word mapping word_freq: the frequency of each word word_counts: the word counts ''' super(WordEmbeddingDataset, self).__init__() #初始化模型 self.text_encoded = [word_to_idx.get(t, VOCAB_SIZE-1) for t in text] #字典 get() 函数返回指定键的值（第一个参数），如果值不在字典中返回默认值（第二个参数）。 #取出text里每个单词word_to_idx字典里对应的索引,不在字典里返回"<unk>"的索引 #"<unk>"的索引=9999，get括号里第二个参数应该写word_to_idx["<unk>"]，不应该写VOCAB_SIZE-1，虽然数值一样。 self.text_encoded = torch.Tensor(self.text_encoded).long() #变成tensor类型，这里变成longtensor，也可以torch.LongTensor(self.text_encoded) self.word_to_idx = word_to_idx #保存数据 self.idx_to_word = idx_to_word #保存数据 self.word_freqs = torch.Tensor(word_freqs) #保存数据 self.word_counts = torch.Tensor(word_counts) #保存数据 def __len__(self): #数据集有多少个item #魔法函数__len__ ''' 返回整个数据集（所有单词）的长度 ''' return len(self.text_encoded) #所有单词的总数 def __getitem__(self, idx): #魔法函数__getitem__，这个函数跟普通函数不一样 ''' 这个function返回以下数据用于训练 - 中心词 - 这个单词附近的(positive)单词 - 随机采样的K个单词作为negative sample ''' center_word = self.text_encoded[idx] #print(center_word) #中心词索引 #这里__getitem__函数是个迭代器，idx代表了所有的单词索引。 pos_indices = list(range(idx-C, idx)) + list(range(idx+1, idx+C+1)) #周围词索引的索引，比如idx=0时。pos_indices = [-3, -2, -1, 1, 2, 3] pos_indices = [i%len(self.text_encoded) for i in pos_indices] #range(idx+1, idx+C+1)超出词汇总数时，需要特别处理，取余数 pos_words = self.text_encoded[pos_indices] #周围词索引，就是希望出现的正例单词 #print(pos_words) neg_words = torch.multinomial(self.word_freqs, K * pos_words.shape[0], True) #负例采样单词索引，torch.multinomial作用是对self.word_freqs做K * pos_words.shape[0]次取值，输出的是self.word_freqs对应的下标。 #取样方式采用有放回的采样，并且self.word_freqs数值越大，取样概率越大。 #每个正确的单词采样K个，pos_words.shape[0]是正确单词数量 #print(neg_words) return center_word, pos_words, neg_words class EmbeddingModel(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, embed_size): ''' 初始化输出和输出embedding ''' super(EmbeddingModel, self).__init__() self.vocab_size = vocab_size #10000 self.embed_size = embed_size #100 initrange = 0.5 / self.embed_size self.out_embed = nn.Embedding(self.vocab_size, self.embed_size, sparse=False) #模型输出nn.Embedding(10000, 100) self.out_embed.weight.data.uniform_(-initrange, initrange) #权重初始化的一种方法 self.in_embed = nn.Embedding(self.vocab_size, self.embed_size, sparse=False) #模型输入nn.Embedding(30000, 100) self.in_embed.weight.data.uniform_(-initrange, initrange) #权重初始化的一种方法 def forward(self, input_labels, pos_labels, neg_labels): ''' input_labels: 中心词, [batch_size] pos_labels: 中心词周围 context window 出现过的单词 [batch_size * (window_size * 2)] neg_labelss: 中心词周围没有出现过的单词，从 negative sampling 得到 [batch_size, (window_size * 2 * K)] return: loss, [batch_size] ''' batch_size = input_labels.size(0) #input_labels是输入的标签，tud.DataLoader()返回的。相已经被分成batch了。 input_embedding = self.in_embed(input_labels) # B * embed_size #这里估计进行了运算：（128,30000）*（30000,100）= 128(B) * 100 (embed_size) pos_embedding = self.out_embed(pos_labels) # B * (2*C) * embed_size #同上，增加了维度(2*C)，表示一个batch有B组周围词单词，一组周围词有(2*C)个单词，每个单词有embed_size个维度。 neg_embedding = self.out_embed(neg_labels) # B * (2*C * K) * embed_size #同上，增加了维度(2*C*K) #torch.bmm()为batch间的矩阵相乘（b,n.m)*(b,m,p)=(b,n,p) log_pos = torch.bmm(pos_embedding, input_embedding.unsqueeze(2)).squeeze() # B * (2*C) log_neg = torch.bmm(neg_embedding, -input_embedding.unsqueeze(2)).squeeze() # B * (2*C*K) #unsqueeze(2)指定位置升维，.squeeze()压缩维度。 #下面loss计算就是论文里的公式 log_pos = F.logsigmoid(log_pos).sum(1) log_neg = F.logsigmoid(log_neg).sum(1) # batch_size loss = log_pos + log_neg return -loss def input_embeddings(self): #取出self.in_embed数据参数 return self.in_embed.weight.data.cpu().numpy() # 设定一些超参数 K = 100 # number of negative samples 负样本随机采样数量 C = 3 # nearby words threshold 指定周围三个单词进行预测 NUM_EPOCHS = 2 # The number of epochs of training 迭代轮数 MAX_VOCAB_SIZE = 10000 # the vocabulary size 词汇表多大 BATCH_SIZE = 128 # the batch size 每轮迭代1个batch的数量 LEARNING_RATE = 0.2 # the initial learning rate #学习率 EMBEDDING_SIZE = 100 #词向量维度 LOG_FILE = "word-embedding.log" USE_CUDA = torch.cuda.is_available() #有GPU可以用 random.seed(1) np.random.seed(1) torch.manual_seed(1) if USE_CUDA: torch.cuda.manual_seed(1) #把random全部设置成同一个值，复现结果 #停用词表 def stop_words(path): with open(path,encoding='UTF-8') as f: return [l.strip() for l in f] stop_words = stop_words("stop_words.utf8") #分词 def word_tokenize(text): return text.split("/") #拿数据 #数据预处理 text = "" from py2neo import Graph,Node,Relationship,NodeMatcher #拿你的数据 也可以是txt graph = Graph('http://xxx.xxx.xxx.xxx:7474',username='你的账号',password='你的密码') summary = graph.run("match (p:paper) return p.summary").data() for i in range(len(summary)): text+=summary[i]['p.summary'] #取中文 正则匹配 import re textch = re.sub("[A-Za-z0-9\!\%\[\]\,\。\ ]","", text) text = word_tokenize('/'.join(jieba.cut(text))) #词频 做后面的负例采样 vocab = dict(Counter(text).most_common(MAX_VOCAB_SIZE-1)) vocab["<unk>"] = len(text) - np.sum(list(vocab.values())) #unk表示不常见单词数=总单词数-常见单词数 #这里计算的到vocab["<unk>"]=29999 idx_to_word = [word for word in vocab.keys()] #取出字典的所有单词key word_to_idx = {word:i for i, word in enumerate(idx_to_word)} #取出所有单词的单词和对应的索引，索引值与单词出现次数相反，最常见单词索引为0。 word_counts = np.array([count for count in vocab.values()], dtype=np.float32) #所有单词的频数values word_freqs = word_counts / np.sum(word_counts) #所有单词的频率 word_freqs = word_freqs ** (3./4.) #论文里乘以3/4次方 word_freqs = word_freqs / np.sum(word_freqs) # 用来做 negative sampling # 重新计算所有单词的频率 VOCAB_SIZE = len(idx_to_word) #词汇表单词数30000=MAX_VOCAB_SIZE print(VOCAB_SIZE) #dataloader，迭代器取训练数据 model = EmbeddingModel(VOCAB_SIZE, EMBEDDING_SIZE) #得到model，有参数，有loss，可以优化了 if USE_CUDA: model = model.cuda() #下面是评估模型的代码，以及训练模型的代码 #这里写你的评估函数我注释掉了 # def evaluate(filename, embedding_weights): # if filename.endswith(".csv"): # data = pd.read_csv(filename, sep=",") # else: # data = pd.read_csv(filename, sep="\t") # human_similarity = [] # model_similarity = [] # for i in data.iloc[:, 0:2].index: # word1, word2 = data.iloc[i, 0], data.iloc[i, 1] # if word1 not in word_to_idx or word2 not in word_to_idx: # continue # else: # word1_idx, word2_idx = word_to_idx[word1], word_to_idx[word2] # word1_embed, word2_embed = embedding_weights[[word1_idx]], embedding_weights[[word2_idx]] # model_similarity.append(float(sklearn.metrics.pairwise.cosine_similarity(word1_embed, word2_embed))) # human_similarity.append(float(data.iloc[i, 2])) # return scipy.stats.spearmanr(human_similarity, model_similarity)# , model_similarity def find_nearest(word): index = word_to_idx[word] embedding = embedding_weights[index] cos_dis = np.array([scipy.spatial.distance.cosine(e, embedding) for e in embedding_weights]) return [idx_to_word[i] for i in cos_dis.argsort()[:10]] optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=LEARNING_RATE) #随机梯度下降 for e in range(NUM_EPOCHS): #开始迭代 for i, (input_labels, pos_labels, neg_labels) in enumerate(dataloader): #print(input_labels, pos_labels, neg_labels) # TODO input_labels = input_labels.long() #longtensor pos_labels = pos_labels.long() neg_labels = neg_labels.long() if USE_CUDA: input_labels = input_labels.cuda() pos_labels = pos_labels.cuda() neg_labels = neg_labels.cuda() optimizer.zero_grad() #梯度归零 loss = model(input_labels, pos_labels, neg_labels).mean() loss.backward() optimizer.step() #打印结果。 if i % 100 == 0: with open(LOG_FILE, "a") as fout: fout.write("epoch: {}, iter: {}, loss: {}\n".format(e, i, loss.item())) print("epoch: {}, iter: {}, loss: {}".format(e, i, loss.item())) # if i % 2000 == 0: # embedding_weights = model.input_embeddings() # sim_simlex = evaluate("simlex-999.txt", embedding_weights) # sim_men = evaluate("men.txt", embedding_weights) # sim_353 = evaluate("wordsim353.csv", embedding_weights) # with open(LOG_FILE, "a") as fout: # print("epoch: {}, iteration: {}, simlex-999: {}, men: {}, sim353: {}, nearest to monster: {}\n".format( # e, i, sim_simlex, sim_men, sim_353, find_nearest("monster"))) # fout.write("epoch: {}, iteration: {}, simlex-999: {}, men: {}, sim353: {}, nearest to monster: {}\n".format( # e, i, sim_simlex, sim_men, sim_353, find_nearest("monster"))) embedding_weights = model.input_embeddings() np.save("embedding-{}".format(EMBEDDING_SIZE), embedding_weights) torch.save(model.state_dict(), "embedding-{}.th".format(EMBEDDING_SIZE))