PyTorch深度学习实战 | 基于RNN的文本分类

秒速五厘米 2024-03-25 16:37 80阅读 0赞

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> PyTorch是当前主流深度学习框架之一，其设计追求最少的封装、最直观的设计，其简洁优美的特性使得PyTorch代码更易理解，对新手非常友好。  
> 本文为实战篇，介绍基于RNN的文本分类！

本文将构建和训练基本的字符级RNN（递归神经网络）来对单词进行分类。展示如何“从头开始”进行NLP（自然语言处理）建模的预处理数据，尤其是不使用众多NLP工具库提供的许多便利功能，因此读者可以从系统层面角度了解NLP建模的预处理工作。

字符级RNN将单词作为一系列字符读取，之后在每个步骤输出一个预测结果和“Hidden State”，将其先前的Hidden State输入每个下一步。这里将最终的预测作为输出，即单词属于哪个类别。

具体来说，这里将训练来自18种起源于不同语言的数千种姓氏，并根据拼写方式预测名称的来源，样例如下。

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## **1、数据准备** ##

数据下载超链接：[https://download.pytorch.org/tutorial/data.zip][https_download.pytorch.org_tutorial_data.zip]。

解压缩上述数据得到18个txt文件，将它们放置在data/names目录下。下面提供一段代码做预处理。

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上述代码输出如下。

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## **2、将名字转换为张量** ##

现在已经整理好了所有数据集中的名字，这里需要将它们转换为张量以使用它们。为了表示单个字母，这里使用大小为<1×n\_letters>的“one-hot”向量。一个one-hot向量用0填充，但当前字母的索引处的数字为1，例如 “ b”=<0 1 0 0 0 …>。为了用这些向量组成一个单词，这里将其中的一些连接成2维矩阵<line\_length × 1 × n\_letters>。

可以观察到数据的维度是<line\_length×1×n\_letters>，而不是<line\_length×n\_letters>，是因为额外的1维是因为PyTorch假设所有内容都是批量的——在这里只使用1的batchsize。

代码如下。

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输出如下。

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## **3、构建神经网络** ##

在PyTorch中构建递归神经网络（RNN）涉及在多个时间步长上克隆多个RNN层的参数。RNN层保留了Hidden State和梯度，这些状态完全由PyTorch的计算图来自动完成维护。这意味着读者可以以非常“纯粹”的方式实现RNN，即只关心前馈网络（Feed-forward Network）而不需要关注反向传播（Back Propagation）。

下面样例中的RNN模块只有两个线性层，它接受一个输入和一个Hidden State，之后网络输出结果需要经过一个LogSoftmax层。RNN模型如图1所示。

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■ 图1 RNN模型

RNN代码定义如下。

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要运行此网络，需要传递输入（在本例中为当前字母的Tensor）和先前的Hidden State（首先将其初始化为零）。这里将返回输出（每种语言的概率）和下一个Hidden State（将其保留用于下一步）。

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为了提高效率，这里不想为每个步骤都创建一个新的Tensor，因此将使用lineToTensor代替letterToTensor并使用切片。这可以通过预先计算一批（Batch）张量来进一步优化。

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可以看到，输出为<1×n\_categories>张量，其中每个项目都是该类别的可能性（更高的可能性更大）。

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