Keras + LSTM + 词向量 情感分类/情感分析实验

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背景简介

本人是深度学习入门的菜菜菜鸟一枚…
利用LSTM + word2vec词向量进行文本情感分类/情感分析实验，吸收了网上的资源和代码并尝试转化为自己的东西~

实验环境

• win7 64位系统
• Anaconda 4.3.0 , Python 2.7 version
• Pycharm开发环境
• python包：keras，gensim，numpy等

实验数据

本文的实验数据是来自网上的中文标注语料，涉及书籍、酒店、计算机、牛奶、手机、热水器六个方面的购物评论数据，具体介绍参见该文：购物评论情感分析。

数据处理

上面提到的数据在网上见到的次数比较多，原始格式是两个excel文件，如图：

对，就是这两个…估计来到本文的小伙伴也见过。一些代码就是直接从这两个excel里读取数据、分词、处理…不过我表示自己习惯从txt文本里获取数据，因此本人将数据合并、去重（原数据里有不少重复的评论）、分词（用的是哈工大LTP分词）之后存为一份txt文本，保留的数据情况如下：

正面评价个数：8680个
负面评价个数：8000个

文本如图所示：

然后人工生成一份【语料类别】文本，用1表示正面评价，用0表示负面评价，与评论数据一一对应。

生成词语的索引字典、词向量字典

利用上述文本语料生成词语的索引字典和词向量字典。
注意：当Word2vec词频阈值设置为5时，词频小于5的词语将不会生成索引，也不会生成词向量数据。

工具：gensim里的Word2vec，Dictionary

代码

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
功能：利用大语料生成词语的索引字典、词向量，然后保存为pkl文件
时间：2017年3月8日 13:19:40
"""

import pickle
import logging
import tkFileDialog

import numpy as np
np.random.seed(1337)  # For Reproducibility

from Functions.TextSta import TextSta
from gensim.models.word2vec import Word2Vec
from gensim.corpora.dictionary import Dictionary

# 创建词语字典，并返回word2vec模型中词语的索引，词向量
def create_dictionaries(p_model):
    gensim_dict = Dictionary()
    gensim_dict.doc2bow(p_model.vocab.keys(), allow_update=True)
    w2indx = {v: k + 1 for k, v in gensim_dict.items()}  # 词语的索引，从1开始编号
    w2vec = {word: model[word] for word in w2indx.keys()}  # 词语的词向量
    return w2indx, w2vec

# 主程序
logging.basicConfig(format='%(asctime)s : %(levelname)s : %(message)s', level=logging.INFO)

print u"请选择大语料的分词文本..."
T = TextSta(tkFileDialog.askopenfilename(title=u"选择文件"))
sentences = T.sen()    # 获取句子列表，每个句子又是词汇的列表

print u'训练Word2vec模型（可尝试修改参数）...'
model = Word2Vec(sentences,
                 size=100,  # 词向量维度
                 min_count=5,  # 词频阈值
                 window=5)  # 窗口大小

model_name = raw_input(u"请输入保存的模型文件名...\n").decode("utf-8")
model.save(model_name + u'.model')  # 保存模型

# 索引字典、词向量字典
index_dict, word_vectors= create_dictionaries(model)

# 存储为pkl文件
pkl_name = raw_input(u"请输入保存的pkl文件名...\n").decode("utf-8")
output = open(pkl_name + u".pkl", 'wb')
pickle.dump(index_dict, output)  # 索引字典
pickle.dump(word_vectors, output)  # 词向量字典
output.close()

if __name__ == "__main__":
    pass

其中，

T = TextSta(tkFileDialog.askopenfilename(title=u"选择文件"))
sentences = T.sen()    # 获取句子列表，每个句子又是词汇的列表

TextSta是我自己写的一个类，读取语料文本后，sentences = T.sen()将文本里的每一行生成一个列表，每个列表又是词汇的列表。（这个类原来是用作句子分类的，每行是一个句子；这里每行其实是一个评论若干个句子…我就不改代码变量名了…）

TextSta类部分代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
功能：一个类，执行文本转换
输入：分词文本
输出：句子列表，全文的词汇列表，TF，DF
时间：2016年5月17日 19:08:34
"""

import codecs
import re
import tkFileDialog


class TextSta:
    # 定义基本属性，分词文本的全路径
    filename = ""

    # 定义构造方法
    def __init__(self, path):    # 参数path，赋给filename
        self.filename = path

    def sen(self):    # 获取句子列表
        f1 = codecs.open(self.filename, "r", encoding="utf-8")
        print u"已经打开文本：", self.filename

        # 获得句子列表，其中每个句子又是词汇的列表
        sentences_list = []
        for line in f1:
            single_sen_list = line.strip().split(" ")
            while "" in single_sen_list:
                single_sen_list.remove("")
            sentences_list.append(single_sen_list)
        print u"句子总数：", len(sentences_list)

        f1.close()
        return sentences_list

if __name__ == "__main__": 
    pass

总之，sentences的格式如下：

[[我, 是, 2月, …], [#, 蒙牛, 百, …], …]

所有的评论文本存为一个列表，每个评论文本又是词汇的列表。
sentences列表的长度就是文本的行数：len(sentences) = 16680

利用Keras + LSTM进行文本分类

工具：Keras深度学习库

代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
功能：利用词向量+LSTM进行文本分类
时间：2017年3月10日 21:18:34
"""

import numpy as np

np.random.seed(1337)  # For Reproducibility

import pickle
from keras.preprocessing import sequence
from keras.models import Sequential
from keras.layers.embeddings import Embedding
from keras.layers.recurrent import LSTM
from keras.layers.core import Dense, Dropout, Activation

from sklearn.cross_validation import train_test_split

from Functions import GetLineList
from Functions.TextSta import TextSta

# 参数设置
vocab_dim = 100  # 向量维度
maxlen = 140  # 文本保留的最大长度
batch_size = 32
n_epoch = 5
input_length = 140


def text_to_index_array(p_new_dic, p_sen):  # 文本转为索引数字模式
    new_sentences = []
    for sen in p_sen:
        new_sen = []
        for word in sen:
            try:
                new_sen.append(p_new_dic[word])  # 单词转索引数字
            except:
                new_sen.append(0)  # 索引字典里没有的词转为数字0
        new_sentences.append(new_sen)

    return np.array(new_sentences)


# 定义网络结构
def train_lstm(p_n_symbols, p_embedding_weights, p_X_train, p_y_train, p_X_test, p_y_test):
    print u'创建模型...'
    model = Sequential()
    model.add(Embedding(output_dim=vocab_dim,
                        input_dim=p_n_symbols,
                        mask_zero=True,
                        weights=[p_embedding_weights],
                        input_length=input_length))

    model.add(LSTM(output_dim=50,
                   activation='sigmoid',
                   inner_activation='hard_sigmoid'))
    model.add(Dropout(0.5))
    model.add(Dense(1))
    model.add(Activation('sigmoid'))

    print u'编译模型...'
    model.compile(loss='binary_crossentropy',
                  optimizer='adam',
                  metrics=['accuracy'])

    print u"训练..."
    model.fit(p_X_train, p_y_train, batch_size=batch_size, nb_epoch=n_epoch,
              validation_data=(p_X_test, p_y_test))

    print u"评估..."
    score, acc = model.evaluate(p_X_test, p_y_test, batch_size=batch_size)
    print 'Test score:', score
    print 'Test accuracy:', acc


# 读取大语料文本
f = open(u"评价语料索引及词向量.pkl", 'rb')  # 预先训练好的
index_dict = pickle.load(f)  # 索引字典，{单词: 索引数字}
word_vectors = pickle.load(f)  # 词向量, {单词: 词向量(100维长的数组)}
new_dic = index_dict

print u"Setting up Arrays for Keras Embedding Layer..."
n_symbols = len(index_dict) + 1  # 索引数字的个数，因为有的词语索引为0，所以+1
embedding_weights = np.zeros((n_symbols, 100))  # 创建一个n_symbols * 100的0矩阵
for w, index in index_dict.items():  # 从索引为1的词语开始，用词向量填充矩阵
    embedding_weights[index, :] = word_vectors[w]  # 词向量矩阵，第一行是0向量（没有索引为0的词语，未被填充）

# 读取语料分词文本，转为句子列表（句子为词汇的列表）
print u"请选择语料的分词文本..."
T1 = TextSta(u"评价语料_分词后.txt")
allsentences = T1.sen()

# 读取语料类别标签
print u"请选择语料的类别文本...（用0，1分别表示消极、积极情感）"
labels = GetLineList.main()

# 划分训练集和测试集，此时都是list列表
X_train_l, X_test_l, y_train_l, y_test_l = train_test_split(allsentences, labels, test_size=0.2)

# 转为数字索引形式
X_train = text_to_index_array(new_dic, X_train_l)
X_test = text_to_index_array(new_dic, X_test_l)
print u"训练集shape： ", X_train.shape
print u"测试集shape： ", X_test.shape

y_train = np.array(y_train_l)  # 转numpy数组
y_test = np.array(y_test_l)

# 将句子截取相同的长度maxlen，不够的补0
print('Pad sequences (samples x time)')
X_train = sequence.pad_sequences(X_train, maxlen=maxlen)
X_test = sequence.pad_sequences(X_test, maxlen=maxlen)
print('X_train shape:', X_train.shape)
print('X_test shape:', X_test.shape)

train_lstm(n_symbols, embedding_weights, X_train, y_train, X_test, y_test)

if __name__ == "__main__":
    pass

其中，

from Functions import GetLineList

GetLineList是自定义模块，用于获取文本的类别（存为列表），代码如下：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
功能：文本转列表，常用于读取词典（停用词，特征词等）
使用：给定一个文本，将文本按行转换为列表，每行对应列表里的一个元素
时间：2016年5月15日 22:45:23
"""

import codecs
import tkFileDialog


def main():
    # 打开文件
    file_path = tkFileDialog.askopenfilename(title=u"选择文件")
    f1 = codecs.open(file_path, "r", encoding="utf-8")
    print u"已经打开文本：", file_path

    # 转为列表
    line_list = []
    for line in f1:
        line_list.append(line.strip())
    print u"列表里的元素个数：", len(line_list)

    f1.close()
    return line_list

if __name__ == "__main__":
    pass

实验结果

参考文献:

http://buptldy.github.io/2016/07/20/2016-07-20-sentiment%20analysis/
https://github.com/BUPTLdy/Sentiment-Analysis