词嵌入(Word embeddings)

参考： https://blog.csdn.net/scotfield_msn/article/details/69075227 Mr.Scofield http://blog.csdn.net/scotfield_msn/article/details/69075227 https://tensorflow.google.cn/tutorials/text/word_embeddings

一、将文本表示为数字 1.1、独热码 1.2、用唯一的数字编码每个单词 1.3、词嵌入 1.3.1、概念

二、word embeddings的简单应用 2.1、embedding layer

嵌入层可以理解为一个查询表，它从整数索引(表示特定单词)映射到稠密向量(它们的嵌入)。嵌入的维数(或宽度)是一个参数，您可以用它来试验看看什么对您的问题有效，这与您在稠密层中试验神经元的数量非常相似。

2.1.1、使用Keras创建一个embeddings layer

# embedding layer 可以看作一个查找表，index(代表特定的词) -> dense vectors(代表embeddings)
embedding_layer = layers.Embedding(1000,  5)

创建嵌入层时，嵌入的权重是随机初始化的(与任何其他层一样)。在训练过程中，通过反向传播逐步调整。一旦训练好了，习得的单词嵌入将大致编码单词之间的相似性(因为它们是针对您的模型所训练的特定问题而学习的)。

如果你将一个整数传递给一个嵌入层，结果会用嵌入表中的向量替换每个整数:

result = embedding_layer(tf.constant([1, 2, 3]))
print(result.numpy)
print(result.shape)


(3, 5)

对于文本或序列问题，嵌入层采用整数的二维张量，shape(样本，sequence_length)，其中每个条目都是整数序列。它可以嵌入可变长度的序列。您可以将形状(32、10)(长度为10的32个序列的批次)或(64、15)(长度为15的64个序列的批次)输入到上述的嵌入层中。

返回的张量比输入多一个轴，嵌入向量沿着新的最后一个轴对齐。传递一个(2,3)输入批处理，输出为(2,3,n)

result = embedding_layer(tf.constant([[0,1,2],[3,4,5]]))
print(result.shape)

(2, 3, 5)

2.2、训练

在本教程中，您将在IMDB电影评论上训练一个情感分类器。在这个过程中，模型将从头开始学习嵌入式。我们将使用一个预处理的数据集。

2.2.1、加载数据集

# imdb 数据集
(train_data, test_data), info = tfds.load(
    'imdb_reviews/subwords8k',
    split = (tfds.Split.TRAIN, tfds.Split.TEST),
    with_info=True,
    as_supervised=True)

获取编码器(tfd .features.text. subwordtextencoder)，并快速查看词汇表。 词汇表中的"_"表示空格。请注意词汇表如何包括完整的单词(以"_"结尾)和部分单词，它可以用来构建更大的单词:

# tfds.features.text.SubwordTextEncoder
encoder = info.features['text'].encoder
print(encoder.subwords[:20])

['the_', ', ', '. ', 'a_', 'and_', 'of_', 'to_', 's_', 'is_', 'br', 'in_', 'I_', 'that_', 'this_', 'it_', ' />', 'was_', 'The_', 'as_']

电影评论长度不同， 使用padded_batch方法标准化评论的长度

# 电影评论长度不同， 使用padded_batch方法标准化评论的长度
padded_shapes = ([None],())
train_batches = train_data.shuffle(1000).padded_batch(10, padded_shapes = padded_shapes)
test_batches = test_data.shuffle(1000).padded_batch(10, padded_shapes = padded_shapes)
print("train_batches", train_batches)

train_batch, train_labels = next(iter(train_batches))
print(train_batch[:20])

2.2.2、创建模型

# 创建模型
embedding_dim=16

model = keras.Sequential([
    layers.Embedding(encoder.vocab_size, embedding_dim),
    layers.GlobalAveragePooling1D(),
    layers.Dense(16, activation='relu'),
    layers.Dense(1, activation='sigmoid')
])

print(model.summary())
Model: "sequential"
_________________________________________________________________
Layer (type)                 Output Shape              Param #   
=================================================================
embedding_1 (Embedding)      (None, None, 16)          130960    
_________________________________________________________________
global_average_pooling1d (Gl (None, 16)                0         
_________________________________________________________________
dense (Dense)                (None, 16)                272       
_________________________________________________________________
dense_1 (Dense)              (None, 1)                 17        
=================================================================
Total params: 131,249
Trainable params: 131,249
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________
None

model.compile(optimizer='adam',
              loss='binary_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])

history = model.fit(
    train_batches,
    epochs=10,
    validation_data=test_batches, validation_steps=20)

2.2.3、准确性

def plotHistory(history):
    import matplotlib.pyplot as plt

    history_dict = history.history

    acc = history_dict['accuracy']
    val_acc = history_dict['val_accuracy']
    loss = history_dict['loss']
    val_loss = history_dict['val_loss']

    epochs = range(1, len(acc) + 1)

    plt.figure(figsize=(12,9))
    plt.plot(epochs, loss, 'bo', label='Training loss')
    plt.plot(epochs, val_loss, 'b', label='Validation loss')
    plt.title('Training and validation loss')
    plt.xlabel('Epochs')
    plt.ylabel('Loss')
    plt.legend()
    plt.show()

    plt.figure(figsize=(12,9))
    plt.plot(epochs, acc, 'bo', label='Training acc')
    plt.plot(epochs, val_acc, 'b', label='Validation acc')
    plt.title('Training and validation accuracy')
    plt.xlabel('Epochs')
    plt.ylabel('Accuracy')
    plt.legend(loc='lower right')
    plt.ylim((0.5,1))
    plt.show()
   
plotHistory(history)   

2.2.4、可视化

e = model.layers[0]
weights = e.get_weights()[0]
print(weights.shape) # shape: (vocab_size, embedding_dim)
# (8185, 16)

import io

encoder = info.features['text'].encoder

out_v = io.open('vecs.tsv', 'w', encoding='utf-8')
out_m = io.open('meta.tsv', 'w', encoding='utf-8')

for num, word in enumerate(encoder.subwords):
    vec = weights[num+1] # skip 0, it's padding.
    out_m.write(word + "\n")
    out_v.write('\t'.join([str(x) for x in vec]) + "\n")
out_v.close()
out_m.close()


try:
    from google.colab import files
except ImportError:
    pass
else:
    files.download('vecs.tsv')
    files.download('meta.tsv')