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NLPer入门指南 | 完美第一步

NLPer入门指南 | 完美第一步

译者 | Arno
来源 | Analytics Vidhya

概览

  • 想开始学习自然语言处理(NLP)吗?如果是,这是完美的第一步。

  • 学习如何进行标识化(tokenization)[1]——这是为构建NLP模型准备数据的一个关键步骤

  • 我们演示了6种对英文文本数据进行标识化的方法

NLPer入门指南 | 完美第一步

介绍

你对互联网上的大量文本数据着迷吗?你是否正在寻找处理这些文本数据的方法,但不确定从哪里开始?毕竟,机器识别的是数字,而不是我们语言中的字母。在机器学习中,这可能是一个棘手的问题。

那么,我们如何操作和处理这些文本数据来构建模型呢?答案就在自然语言处理(NLP)的奇妙世界中。

解决一个NLP问题是一个多阶段的过程。在进入建模阶段之前,我们需要首先处理非结构化文本数据。处理数据包括以下几个关键步骤:

  • 标识化

  • 预测每个单词的词性

  • 词形还原

  • 识别和删除停止词,等等

在本文中,我们将讨论第一步—标识化。我们将首先了解什么是标识化,以及为什么在NLP中需要标识化。然后,我们将研究在Python中进行标识化的六种独特方法。

阅读本文不需要什么先决条件,任何对NLP或数据科学感兴趣的人都可以跟读。

在NLP中,什么是标识化?

标识化是处理文本数据时最常见的任务之一。但是标识化(tokenization)具体是什么意思呢?

标识化(tokenization)本质上是将短语、句子、段落或整个文本文档分割成更小的单元,例如单个单词或术语。每个较小的单元都称为标识符(token)

看看下面这张图片,你就能理解这个定义了:

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标识符可以是单词、数字或标点符号。在标识化中,通过定位单词边界创建更小的单元。等等,可能你又有疑问,什么是单词边界呢?

单词边界是一个单词的结束点和下一个单词的开始。而这些标识符被认为是词干提取(stemming)和词形还原(lemmatization )的第一步。

为什么在NLP中需要标识化?

在这里,我想让你们思考一下英语这门语言。想一句任何你能想到的一个英语句子,然后在你接下去读这部分的时候,把它记在心里。这将帮助你更容易地理解标识化的重要性。

在处理一种自然语言之前,我们需要识别组成字符串的单词,这就是为什么标识化是处理NLP(文本数据)的最基本步骤。这一点很重要,因为通过分析文本中的单词可以很容易地解释文本的含义。

让我们举个例子,以下面的字符串为例:

“This is a cat.”

你认为我们对这个字符串进行标识化之后会发生什么?是的,我们将得到[‘ This ‘, ‘ is ‘, ‘ a ‘, cat ‘]。

这样做有很多用途,我们可以使用这个标识符形式:

  • 计数文本中出现的单词总数

  • 计数单词出现的频率,也就是某个单词出现的次数

之外,还有其他用途。我们可以提取更多的信息,这些信息将在以后的文章中详细讨论。现在,是我们深入研究本文的主要内容的时候了——在NLP中进行标识化的不同方法。

在Python中执行标识化的方法

我们将介绍对英文文本数据进行标识化的六种独特方法。我已经为每个方法提供了Python代码,所以你可以在自己的机器上运行示例用来学习。

1.使用python的split()函数进行标识化

让我们从split()方法开始,因为它是最基本的方法。它通过指定的分隔符分割给定的字符串后返回字符串列表。默认情况下,split()是以一个或多个空格作为分隔符。我们可以把分隔符换成任何东西。让我们来看看。

单词标识化

text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

# 以空格为分隔符进行分割
text.split() 
Output : ['Founded''in''2002,''SpaceX’s''mission''is''to''enable''humans'
          'to''become''a''spacefaring''civilization''and''a''multi-planet'
          'species''by''building''a''self-sustaining''city''on''Mars.''In'
          '2008,''SpaceX’s''Falcon''1''became''the''first''privately'
          'developed''liquid-fuel''launch''vehicle''to''orbit''the''Earth.']

句子标识化:

这类似于单词标识化。这里,我们在分析中研究句子的结构。一个句子通常以句号(.)结尾,所以我们可以用”.”作为分隔符来分割字符串:

text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

# 以"."作为分割符进行分割 
text.split('. '
Output : ['Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring 
           civilization and a multi-planet nspecies by building a self-sustaining city on 
           Mars'

          'In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed nliquid-fuel 
           launch vehicle to orbit the Earth.'
]

使用Python的split()方法的一个主要缺点是一次只能使用一个分隔符。另一件需要注意的事情是——在单词标识化中,split()没有将标点符号视为单独的标识符。

2.使用正则表达式(RegEx)进行标识化

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让我们理解正则表达式是什么,它基本上是一个特殊的字符序列,使用该序列作为模式帮助你匹配或查找其他字符串或字符串集。
我们可以使用Python中的re库来处理正则表达式。这个库预安装在Python安装包中。
现在,让我们记住正则表达式并执行单词标识化和句子标识化。

单词标识化

import re
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

tokens = re.findall("[w']+", text)
tokens
Output : ['Founded''in''2002''SpaceX''s''mission''is''to''enable'
          'humans''to''become''a''spacefaring''civilization''and''a'
          'multi''planet''species''by''building''a''self''sustaining'
          'city''on''Mars''In''2008''SpaceX''s''Falcon''1''became'
          'the''first''privately''developed''liquid''fuel''launch''vehicle'
          'to''orbit''the''Earth']

re.findall()函数的作用是查找与传递给它的模式匹配的所有单词,并将其存储在列表中。w表示“任何字符”,通常表示字母数字和下划线(_)。+表示任意出现次数。因此[w']+表示代码应该找到所有的字母数字字符,直到遇到任何其他字符为止。

句子标识化

要执行句子标识化,可以使用re.split()函数,将通过传递一个模式给函数将文本分成句子。

import re
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on, Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

sentences = re.compile('[.!?] ').split(text)
sentences
Output : ['Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring 
           civilization and a multi-planet nspecies by building a self-sustaining city on 
           Mars.'

          'In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed nliquid-fuel 
           launch vehicle to orbit the Earth.'
]

这里,我们相比split()方法上有一个优势,因为我们可以同时传递多个分隔符。在上面的代码中,我们使用了的re.compile()函数,并传递一个模式[.?!]。这意味着一旦遇到这些字符,句子就会被分割开来。

有兴趣阅读更多关于正则表达式的信息吗?下面的参考资料将帮助你开始学习NLP中的正则表达式:

  • https://www.analyticsvidhya.com/blog/2015/06/regular-expression-python/

  • https://www.analyticsvidhya.com/blog/2017/03/extracting-information-from-reports-using-regular-expressons-library-in-python/

3.使用NLTK进行标识化

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NLTK是Natural Language ToolKit的缩写,是用Python编写的用于符号和统计自然语言处理的库。

你可以使用以下命令安装NLTK:

pip install –user -U nltk

NLTK包含一个名为tokenize()的模块,它可以进一步划分为两个子类别:

  • Word tokenize:我们使用word_tokenize()方法将一个句子分割成标识符

  • Sentence tokenize:我们使用sent_tokenize()方法将文档或段落分割成句子

让我们一个一个来看是怎么操作的。

单词标识化

from nltk.tokenize import word_tokenize 
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

word_tokenize(text)
Output: ['Founded''in''2002'',''SpaceX''’''s''mission''is''to''enable'
         'humans''to''become''a''spacefaring''civilization''and''a'
         'multi-planet''species''by''building''a''self-sustaining''city''on'
         'Mars''.''In''2008'',''SpaceX''’''s''Falcon''1''became'
         'the''first''privately''developed''liquid-fuel''launch''vehicle'
         'to''orbit''the''Earth''.']

注意到NLTK是如何考虑将标点符号作为标识符的吗?因此,对于之后的任务,我们需要从初始列表中删除这些标点符号。

句子标识化

from nltk.tokenize import sent_tokenize
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

sent_tokenize(text)
Output: ['Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring 
          civilization and a multi-planet nspecies by building a self-sustaining city on 
          Mars.'

         'In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed nliquid-fuel 
          launch vehicle to orbit the Earth.'
]

4.使用`spaCy`库进行标识化

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我喜欢spaCy这个库,我甚至不记得上次我在做NLP项目时没有使用它是什么时候了。是的,它就是那么有用。

spaCy是一个用于高级自然语言处理(NLP)的开源库。它支持超过49种语言,并具有最快的的计算速度。

在Linux上安装Spacy的命令:

pip install -U spacy
python -m spacy download en

要在其他操作系统上安装它,可以通过下面链接查看:

https://spacy.io/usage

所以,让我们看看如何利用spaCy的神奇之处来进行标识化。我们将使用spacy.lang.en以支持英文。

单词标识化

from spacy.lang.en import English

# 加载英文分词器,标记器、解析器、命名实体识别和词向量
nlp = English()

text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""


#"nlp" 对象用于创建具有语言注解的文档
my_doc = nlp(text)

# 创建单词标识符列表
token_list = []
for token in my_doc:
    token_list.append(token.text)
token_list
Output : ['Founded''in''2002'',''SpaceX''’s''mission''is''to''enable'
          'humans''to''become''a''spacefaring''civilization''and''a'
          'multi''-''planet''n''species''by''building''a''self''-'
          'sustaining''city''on''Mars''.''In''2008'',''SpaceX''’s'
          'Falcon''1''became''the''first''privately''developed''n'
          'liquid''-''fuel''launch''vehicle''to''orbit''the''Earth''.']

句子标识化

from spacy.lang.en import English

# 加载英文分词器,标记器、解析器、命名实体识别和词向量
nlp = English()

# 创建管道 'sentencizer' 组件
sbd = nlp.create_pipe('sentencizer')

# 将组建添加到管道中
nlp.add_pipe(sbd)

text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""


#  "nlp" 对象用于创建具有语言注解的文档
doc = nlp(text)

# 创建句子标识符列表
sents_list = []
for sent in doc.sents:
    sents_list.append(sent.text)
sents_list
Output : ['Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring 
           civilization and a multi-planet nspecies by building a self-sustaining city on 
           Mars.'

          'In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed nliquid-fuel 
           launch vehicle to orbit the Earth.'
]

在执行NLP任务时,与其他库相比,spaCy的速度相当快(是的,甚至相较于NLTK)。我鼓励你收听下面的DataHack Radio播客,以了解spaCy是如何创建的,以及你可以在哪里使用它:

DataHack Radio #23: Ines Montani and Matthew Honnibal – The Brains behind spaCy

之外,下面是关于spaCy的一个更深入的教程:

Natural Language Processing Made Easy – using SpaCy (​in Python)

5.使用Keras进行标识化

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Keras!!目前业界最热门的深度学习框架之一。它是Python的一个开源神经网络库。Keras非常容易使用,也可以运行在TensorFlow之上。

在NLP上下文中,我们可以使用Keras处理我们通常收集到的非结构化文本数据。

在你的机子上,只需要一行代码就可以在机器上安装Keras:

pip install Keras

让我们开始进行实验,要使用Keras执行单词标记化,我们使用keras.preprocessing.text类中的text_to_word_sequence方法.

让我们看看keras是怎么做的。

单词标识化

from keras.preprocessing.text import text_to_word_sequence
# 文本数据
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

# 标识化
result = text_to_word_sequence(text)
result
Output : ['founded''in''2002''spacex’s''mission''is''to''enable''humans'
          'to''become''a''spacefaring''civilization''and''a''multi'
          'planet''species''by''building''a''self''sustaining''city''on'
          'mars''in''2008''spacex’s''falcon''1''became''the''first'
          'privately''developed''liquid''fuel''launch''vehicle''to''orbit'
          'the''earth']

Keras在进行标记之前将所有字母转换成小写。你可以想象,这为我们节省了很多时间!

6.使用Gensim进行标识化

我们介绍的最后一个标识化方法是使用Gensim库。它是一个用于无监督主题建模和自然语言处理的开源库,旨在从给定文档中自动提取语义主题。

下面我们在机器上安装Gensim:

pip install gensim

我们可以用gensim.utils类导入用于执行单词标识化的tokenize方法。

单词标识化

from gensim.utils import tokenize
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

list(tokenize(text))
Outpur : ['Founded''in''SpaceX''s''mission''is''to''enable''humans''to'
          'become''a''spacefaring''civilization''and''a''multi''planet'
          'species''by''building''a''self''sustaining''city''on''Mars'
          'In''SpaceX''s''Falcon''became''the''first''privately'
          'developed''liquid''fuel''launch''vehicle''to''orbit''the'
          'Earth']

句子标识化

from gensim.summarization.textcleaner import split_sentences
text = """Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring civilization and a multi-planet 
species by building a self-sustaining city on Mars. In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed 
liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth."""

result = split_sentences(text)
result
Output : ['Founded in 2002, SpaceX’s mission is to enable humans to become a spacefaring 
           civilization and a multi-planet '

          'species by building a self-sustaining city on Mars.'
          'In 2008, SpaceX’s Falcon 1 became the first privately developed '
          'liquid-fuel launch vehicle to orbit the Earth.']

你可能已经注意到,Gensim对标点符号非常严格。每当遇到标点符号时,它就会分割。在句子分割中,Gensim在遇到n时会分割文本,而其他库则是忽略它。

总结

标识化是整个处理NLP任务中的一个关键步骤。如果不先处理文本,我们就不能简单地进入模型构建部分。

在本文中,对于给定的英文文本,我们使用了六种不同的标识化方法(单词和句子)。当然,还有其他的方法,但是这些方法已经足够让你开始进行标识化了。

[1]: 有部分中文将其翻译为分词,但中文文本和英文文本在分词上有所差别,且在本文中,不只演示将英文文本段落分割成单词,还演示将其分割成句子,所以在本文中将其翻译为标识化而不是分词。

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