NLP第6课：动手实战基于 ML 的中文短文本分类

文本分类，属于有监督学习中的一部分，在很多场景下都有应用，下面通过小数据的实例，一步步完成中文短文本的分类实现。

image

开发环境，我们选择：

1. Mac 系统
2. Python 3.6
3. Jupyter Notebook

本文使用的数据是我曾经做过的一份司法数据，需求是对每一条输入数据，判断事情的主体是谁，比如报警人被老公打，报警人被老婆打，报警人被儿子打，报警人被女儿打等来进行文本有监督的分类操作。

整个过程分为以下几个步骤：

• 语料加载
• 分词
• 去停用词
• 抽取词向量特征
• 分别进行算法建模和模型训练
• 评估、计算 AUC 值
• 模型对比

基本流程如下图所示：

image

下面开始项目实战。

1. 首先进行语料加载，在这之前，引入所需要的 Python 依赖包，并将全部语料和停用词字典读入内存中。

第一步，引入依赖库，有随机数库、jieba 分词、pandas 库等：

    import random
    import jieba
    import pandas as pd

第二步，加载停用词字典，停用词词典为 stopwords.txt 文件，可以根据场景自己在该文本里面添加要去除的词（比如冠词、人称、数字等特定词）：

    #加载停用词
    stopwords=pd.read_csv('stopwords.txt',index_col=False,quoting=3,sep="\t",names=['stopword'], encoding='utf-8')
stopwords=stopwords['stopword'].values

第三步，加载语料，语料是4个已经分好类的 csv 文件，直接用 pandas 加载即可，加载之后可以首先删除 nan 行，并提取要分词的 content 列转换为 list 列表：

    #加载语料
    laogong_df = pd.read_csv('beilaogongda.csv', encoding='utf-8', sep=',')
    laopo_df = pd.read_csv('beilaogongda.csv', encoding='utf-8', sep=',')
    erzi_df = pd.read_csv('beierzida.csv', encoding='utf-8', sep=',')
    nver_df = pd.read_csv('beinverda.csv', encoding='utf-8', sep=',')
    #删除语料的nan行
    laogong_df.dropna(inplace=True)
    laopo_df.dropna(inplace=True)
    erzi_df.dropna(inplace=True)
    nver_df.dropna(inplace=True)
    #转换
    laogong = laogong_df.segment.values.tolist()
    laopo = laopo_df.segment.values.tolist()
    erzi = erzi_df.segment.values.tolist()
    nver = nver_df.segment.values.tolist()

2. 分词和去停用词。

第一步，定义分词、去停用词和批量打标签的函数，函数包含3个参数：content_lines 参数为语料列表；sentences 参数为预先定义的 list，用来存储分词并打标签后的结果；category 参数为标签 ：

    #定义分词和打标签函数preprocess_text
    #参数content_lines即为上面转换的list
    #参数sentences是定义的空list，用来储存打标签之后的数据
    #参数category 是类型标签
    def preprocess_text(content_lines, sentences, category):
        for line in content_lines:
            try:
                segs=jieba.lcut(line)
                segs = [v for v in segs if not str(v).isdigit()]#去数字
                segs = list(filter(lambda x:x.strip(), segs))   #去左右空格
                segs = list(filter(lambda x:len(x)>1, segs)) #长度为1的字符
                segs = list(filter(lambda x:x not in stopwords, segs)) #去掉停用词
                sentences.append((" ".join(segs), category))# 打标签
            except Exception:
                print(line)
                continue

第二步，调用函数、生成训练数据，根据我提供的司法语料数据，分为报警人被老公打，报警人被老婆打，报警人被儿子打，报警人被女儿打，标签分别为0、1、2、3，具体如下：

    sentences = []
    preprocess_text(laogong, sentences,0)
    preprocess_text(laopo, sentences, 1)
    preprocess_text(erzi, sentences, 2)
    preprocess_text(nver, sentences, 3)

第三步，将得到的数据集打散，生成更可靠的训练集分布，避免同类数据分布不均匀：

random.shuffle(sentences)

第四步，我们在控制台输出前10条数据，观察一下：

    for sentence in sentences[:10]:
        print(sentence[0], sentence[1])  #下标0是词列表，1是标签

得到的结果如图所示：

image

3. 抽取词向量特征。

第一步，抽取特征，我们定义文本抽取词袋模型特征：

    from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
    vec = CountVectorizer(
        analyzer='word', # tokenise by character ngrams
        max_features=4000,  # keep the most common 1000 ngrams
    )

第二步，把语料数据切分，用 sk-learn 对数据切分，分成训练集和测试集：

    from sklearn.model_selection import train_test_split
    x, y = zip(*sentences)
    x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, random_state=1256)

第三步，把训练数据转换为词袋模型：

vec.fit(x_train)

4. 分别进行算法建模和模型训练。

定义朴素贝叶斯模型，然后对训练集进行模型训练，直接使用 sklearn 中的 MultinomialNB：

    from sklearn.naive_bayes import MultinomialNB
    classifier = MultinomialNB()
    classifier.fit(vec.transform(x_train), y_train)

5. 评估、计算 AUC 值。

第一步，上面步骤1-4完成了从语料到模型的训练，训练之后，我们要用测试集来计算 AUC 值：

 print(classifier.score(vec.transform(x_test), y_test))

得到的结果评分为：0.647331786543。

第二步，进行测试集的预测：

  pre = classifier.predict(vec.transform(x_test))

6. 模型对比。

整个模型从语料到训练评估步骤1-5就完成了，接下来我们来看看，改变特征向量模型和训练模型对结果有什么变化。

（1）改变特征向量模型

下面可以把特征做得更强一点，尝试加入抽取 2-gram 和 3-gram 的统计特征，把词库的量放大一点。

    from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
    vec = CountVectorizer(
        analyzer='word', # tokenise by character ngrams
        ngram_range=(1,4),  # use ngrams of size 1 and 2
        max_features=20000,  # keep the most common 1000 ngrams
    )
    vec.fit(x_train)
    #用朴素贝叶斯算法进行模型训练
    classifier = MultinomialNB()
    classifier.fit(vec.transform(x_train), y_train)
    #对结果进行评分
    print(classifier.score(vec.transform(x_test), y_test))

得到的结果评分为：0.649651972158，确实有一点提高，但是不太明显。

（2）改变训练模型

使用 SVM 训练：

    from sklearn.svm import SVC
    svm = SVC(kernel='linear')
    svm.fit(vec.transform(x_train), y_train)
    print(svm.score(vec.transform(x_test), y_test))

使用决策树、随机森林、XGBoost、神经网络等等：

    import xgboost as xgb  
    from sklearn.model_selection import StratifiedKFold  
    import numpy as np
    # xgb矩阵赋值  
    xgb_train = xgb.DMatrix(vec.transform(x_train), label=y_train)  
    xgb_test = xgb.DMatrix(vec.transform(x_test)) 

在 XGBoost 中，下面主要是调参指标，可以根据参数进行调参：

    params = {  
            'booster': 'gbtree',     #使用gbtree
            'objective': 'multi:softmax',  # 多分类的问题、  
            # 'objective': 'multi:softprob',   # 多分类概率  
            #'objective': 'binary:logistic',  #二分类
            'eval_metric': 'merror',   #logloss
            'num_class': 4,  # 类别数，与 multisoftmax 并用  
            'gamma': 0.1,  # 用于控制是否后剪枝的参数,越大越保守，一般0.1、0.2这样子。  
            'max_depth': 8,  # 构建树的深度，越大越容易过拟合  
            'alpha': 0,   # L1正则化系数  
            'lambda': 10,  # 控制模型复杂度的权重值的L2正则化项参数，参数越大，模型越不容易过拟合。  
            'subsample': 0.7,  # 随机采样训练样本  
            'colsample_bytree': 0.5,  # 生成树时进行的列采样  
            'min_child_weight': 3,  
            # 这个参数默认是 1，是每个叶子里面 h 的和至少是多少，对正负样本不均衡时的 0-1 分类而言  
            # 假设 h 在 0.01 附近，min_child_weight 为 1 叶子节点中最少需要包含 100 个样本。  
            'silent': 0,  # 设置成1则没有运行信息输出，最好是设置为0\.  
            'eta': 0.03,  # 如同学习率  
            'seed': 1000,  
            'nthread': -1,  # cpu 线程数  
            'missing': 1 
        }  

总结

上面通过真实司法数据，一步步实现中文短文本分类的方法，整个示例代码可以当做模板来用，从优化和提高模型准确率来说，主要有两方面可以尝试：

特征向量的构建，除了词袋模型，可以考虑使用 word2vec 和 doc2vec 等；
模型上可以选择有监督的分类算法、集成学习以及神经网络等。

参考：https://www.jianshu.com/p/3c8591a12bd6