Keras实现NNLM神经网络语言模型

不念不忘少年蓝@ 2022-11-19 07:48 452阅读 0赞

### Keras实现NNLM神经网络语言模型 ###

*  一、NNML的效果
 *  二、一些问题
 *  三、实现代码及解释
 *  四、最终效果

# 一、NNML的效果 #

较为权威的说法为：输入词序列，求出输出值的概率值，表示根据输入预测出下一个词概率。  
简单的说：预测下一个词  
实现效果：感觉与索引差不多，唯一不同可能是词向量的存在即索引该词的概率  
![在这里插入图片描述][20210127122746590.png]

# 二、一些问题 #

参照的文章为金多：《神经网络语言模型 NNLM (Keras实现）》链接: [神经网络语言模型 NNLM (Keras实现）][NNLM _Keras].  
总裁余(余登武)：《NNLM语言模型python实现（例子：基于中文语料）》链接: [NNLM语言模型python实现（例子：基于中文语料）][NNLM_python].

第一篇文章语料是英文的，而且代码第44行后的一段有些繁琐，看的头疼；而第二篇文章没有使用keras文本预处理方法。所以我试图综合这两篇文章，利用keras文本预处理方法实现nnlm。在这一过程的发现之前学习中有些细节没有掌握，所以记录一下。  
1、原本以为embedding中使用的是one-hot即如\[\[0,0,0,0,01\],\[0,0,0,1,0\]这种张量形式。但是在跑代码过程种，发现one-hot似乎不能嵌入embedding,embedding只能嵌入索引即sequences这种字典索引结构的方式  
![在这里插入图片描述][20210127124151669.png]  
或许这就是词嵌入。

2、tokenizer 的作用  
tokenizer = Tokenizer()  
tokenizer.fit\_on\_texts(words)  
无论是希望获得one-hot编码还是sequence都必须经过这一步，  
因为token是分词，必须要有字典，才能形成sequence序列,one-hot也可以直接得到，通过

from keras.preprocessing.text import one_hot

也可以，但是还是要指定词汇表的大小，所以经过tokenizer是必须的，除非数据很少可以直接数出来如我当前的这段话sentences = \[ “我爱你”, “李爱国”, “范冰心”\]，这样就可以不用tokenizer，因为可以手动分词

3、喂入数据的格式  
上述那篇使用embedding的数据是生成器格式的，由于数据极少，之前试图整个喂入，但是一致报数据格式的问题，之后才发现embedding数据格式需要为2D张量，如果整个喂入就会变成3D张量，如果整个以2D张量形式喂入又会和embedding格式不一致；除非向第二篇博客一样使用dense全连接层。

4、句子的预处理  
英文会以空格隔开，而tokenizer的分词也会如此，因而形如\[ “我爱你”, “李爱国”, “范冰心”\]在字典处理时需要拆成一个一个的字，  
但在预测是标签y=你、国、心,x= “我爱”, “李爱”, "范冰，  
即分词时

words = [word for words in sentences for word in list(words)]
    tokenizer.fit_on_texts(words)

文本向量化时

for sentence in sentences:
        inputs = [[tokenizer.word_index[n] for n in sentence[:-1]]]
        targets = tokenizer.word_index[sentence[-1]]

# 三、实现代码及解释 #

# -*- coding: utf-8 -*-
    # Author: cao wang
    # Datetime : 2020
    # software: PyCharm
    # 收获:emebedding使用的是字典索引输入，用one-hot不能用emebedding;x,y为一句号中的上下文，分词必须在形成字典后
    from keras.models import Sequential
    from keras.layers import Dense, Embedding, LSTM
    from keras.utils import np_utils
    from keras.preprocessing import sequence
    from keras.preprocessing.text import Tokenizer
    import numpy as np
    
    #文本
    sentences = [ "我爱你", "李爱国", "范冰心"]
    #分词实例化
    tokenizer = Tokenizer()
    """此处意在按照字来构造字典，否者就会按照以上三个字组成的词构造句子如：{'我爱你': 1, '李爱国': 2, '范冰心': 3}"""
    words = [word for words in sentences for word in list(words)]
    tokenizer.fit_on_texts(words)
    print(tokenizer.word_index)
    #输出为分词后的字典{'爱': 1, '我': 2, '你': 3, '李': 4, '国': 5, '范': 6, '冰': 7, '心': 8}
    #变成字典的索引，数字化
    sequences = tokenizer.texts_to_sequences(words)
    print(sequences)
    #输出为：[[2], [1], [3], [4], [1], [5], [6], [7], [8]]
    word_length = 4#字长度，可以自行设置
    dict_length = len(tokenizer.word_index)+1#字典长度
    
    #将[ "我爱你", "李爱国", "范冰心"]，变成inputs_sequence为我爱（注此处最终要变成索引）
    def generate_data(sentences, word_length, dict_length):
        for sentence in sentences:
            #索引化，与之前不同在于分为x,y，之前是一个一个的字
            inputs = [[tokenizer.word_index[n] for n in sentence[:-1]]]
            targets = tokenizer.word_index[sentence[-1]]
            #y向量化，x进行裁剪
            y = np_utils.to_categorical([targets], dict_length)
            inputs_sequence = sequence.pad_sequences(inputs, maxlen=word_length)
            yield (inputs_sequence, y)
    #模型
    model = Sequential()
    model.add(Embedding(dict_length, 128, input_length=word_length))
    model.add(LSTM(128, return_sequences=False))
    model.add(Dense(dict_length, activation='softmax'))
    model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adadelta')
    
    for x, y in generate_data(sentences, word_length, dict_length):
        model.fit(x, y,epochs=1000)
        predict=model.predict(x)
        print("可能性:",predict)
        predict=np.argmax(predict,1)#求取最大值索引
        print("最大可能性的词索引:",predict)
        print(sen[:2] for sen in sentences)
        """为了后面的反向索引预测的字，因为输出的是字典索引，要输出字就是反向找键"""
        number_dict = { str(w): i for i, w in tokenizer.word_index.items()}
        print("具体的词:",number_dict[str(predict[0])])

# 四、最终效果 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B5dGhvbl9fcmVwb3J0ZWQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

[20210127122746590.png]: /images/20221119/5fab12b130b7468b8ad23a578e5549af.png
[NNLM _Keras]: https://blog.csdn.net/liuchenbaidu/article/details/108010340
[NNLM_python]: https://blog.csdn.net/kobeyu652453/article/details/108238642?ops_request_misc=%25257B%252522request%25255Fid%252522%25253A%252522161172184416780265468078%252522%25252C%252522scm%252522%25253A%25252220140713.130102334..%252522%25257D&request_id=161172184416780265468078&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-4-108238642.first_rank_v2_pc_rank_v29&utm_term=keras+nnlm
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