nlp-3-基于机器学习的文本分类

1. 前言

文本型数据的读取与训练与图片等其他格式较为一致的数据不同,文本数据一般不定长,所以如果要进行机器学习的矩阵训练,需要先对文本数据进行归一化处理,把文本转换成可以进行运算的shape相同的向量,然后输入算法进行学习。转换的方法有几种,下面的文本表示方法引用自Datawhale零基础入门NLP赛事 - Task3 基于机器学习的文本分类

2. 文本表示方法 Part1

在机器学习算法的训练过程中,假设给定$N$个样本,每个样本有$M$个特征,这样组成了$N×M$的样本矩阵,然后完成算法的训练和预测。同样的在计算机视觉中可以将图片的像素看作特征,每张图片看作hight×width×3的特征图,一个三维的矩阵来进入计算机进行计算。

但是在自然语言领域,上述方法却不可行:文本是不定长度的。文本表示成计算机能够运算的数字或向量的方法一般称为词嵌入(Word Embedding)方法。词嵌入将不定长的文本转换到定长的空间内,是文本分类的第一步。

One-hot

这里的One-hot与数据挖掘任务中的操作是一致的,即将每一个单词使用一个离散的向量表示。具体将每个字/词编码一个索引,然后根据索引进行赋值。

One-hot表示方法的例子如下:

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句子1:我 爱 北 京 天 安 门
句子2:我 喜 欢 上 海

首先对所有句子的字进行索引,即将每个字确定一个编号:

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{
'我': 1, '爱': 2, '北': 3, '京': 4, '天': 5,
'安': 6, '门': 7, '喜': 8, '欢': 9, '上': 10, '海': 11
}

在这里共包括11个字,因此每个字可以转换为一个11维度稀疏向量:

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我:[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
爱:[0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
...
海:[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]

Bag of Words

Bag of Words(词袋表示),也称为Count Vectors,每个文档的字/词可以使用其出现次数来进行表示。

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句子1:我 爱 北 京 天 安 门
句子2:我 喜 欢 上 海

直接统计每个字出现的次数,并进行赋值:

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句子1:我 爱 北 京 天 安 门
转换为 [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0]

句子2:我 喜 欢 上 海
转换为 [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]

在sklearn中可以直接CountVectorizer来实现这一步骤:

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from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
corpus = [
'This is the first document.',
'This document is the second document.',
'And this is the third one.',
'Is this the first document?',
]
vectorizer = CountVectorizer()
vectorizer.fit_transform(corpus).toarray()

N-gram

N-gram与Count Vectors类似,不过加入了相邻单词组合成为新的单词,并进行计数。

如果N取值为2,则句子1和句子2就变为:

1
2
句子1:我爱 爱北 北京 京天 天安 安门
句子2:我喜 喜欢 欢上 上海

TF-IDF

TF-IDF 分数由两部分组成:第一部分是词语频率(Term Frequency),第二部分是逆文档频率(Inverse Document Frequency)。其中计算语料库中文档总数除以含有该词语的文档数量,然后再取对数就是逆文档频率。

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2
TF(t)= 该词语在当前文档出现的次数 / 当前文档中词语的总数
IDF(t)= log_e(文档总数 / 出现该词语的文档总数)

3. 算法实现

The first

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# Count Vectors + RidgeClassifier

import pandas as pd

from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
from sklearn.linear_model import RidgeClassifier
from sklearn.metrics import f1_score

train_df = pd.read_csv('./train_set.csv', sep='\t', nrows=15000)

vectorizer = CountVectorizer(max_features=3000)
train_test = vectorizer.fit_transform(train_df['text'])

clf = RidgeClassifier()
clf.fit(train_test[:10000], train_df['label'].values[:10000])

val_pred = clf.predict(train_test[10000:])
print(f1_score(train_df['label'].values[10000:], val_pred, average='macro'))

#结果输出
# 0.65441877581244

The second

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# TF-IDF +  RidgeClassifier

import pandas as pd

from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
from sklearn.linear_model import RidgeClassifier
from sklearn.metrics import f1_score

train_df = pd.read_csv('./train_set.csv', sep='\t', nrows=15000)

tfidf = TfidfVectorizer(ngram_range=(1,3), max_features=3000)
train_test = tfidf.fit_transform(train_df['text'])

clf = RidgeClassifier()
clf.fit(train_test[:10000], train_df['label'].values[:10000])

val_pred = clf.predict(train_test[10000:])
print(f1_score(train_df['label'].values[10000:], val_pred, average='macro'))

#结果输出
# 0.8719098297954606

4. 补充

f1_score是什么?f1_score就是模型的准确率和召回率的调和平均数。精确率和召回率是对于分类任务来说的。精确率就是预测正确的结果中,有多少是真正正确的,也就是预测正确的样本中,有多少是正确的对上你认为正确的样本数;召回率(将正类样本预测成正类样本的个数对上全部真正正确的样本的比例)。

  • 举个栗子

比如我们有一群外出的鸭子,晚上没有回家,全部都跑到别人家里和别人家的鸭子混在了一起,现在我们要从一大群鸭子里面找出我们家的鸭子,这群鸭子中,有我们的也有别人的,总共鸭子有200只,我们从里面找出来一群鸭子假设为(100只),以为全部都是我们家的,剩下的100只是别人家的,然后仔细看了一下,里面只有80只,是我们家的,其他都是别人家的,这样我们的准确率就只有80/100也就是0.8,这个时候我爸来说我们家总共有120个鸭,这样我们的召回率就只有80/120也就是0.67左右了,我们列个表格看一下
example