nlp 命名实体识别 算法_【Python实战项目】针对医疗数据进行命名实体识别

针对医疗数据进行命名实体识别是自然语言处理中的一个热门问题。下面介绍一种基于 Python 的命名实体识别实战项目。

1. 数据准备

首先需要收集一定量的医疗数据，可以从医疗网站或者医疗文献中获取。本项目使用的是来自 Kaggle 的医疗数据集，包含了病人诊断和治疗的描述，以及相关的实体标注信息。

2. 环境设置

本项目使用的是 Python 3.6 和 PyCharm 开发环境。需要安装以下依赖库：

- pandas
- numpy
- scikit-learn
- tensorflow
- keras
- nltk

可以使用 pip 命令进行安装。

3. 数据预处理

首先读入数据集并进行清洗和预处理。这里使用 pandas 库进行数据处理，将数据集转换为 DataFrame 格式，并且去除一些不需要的列。

import pandas as pd

df = pd.read_csv('medical_data.csv', encoding='latin1')
df = df[['Sentence #', 'Word', 'Tag']]

然后对数据进行分组，将每个句子和对应的实体标签合并为一个元组，并将所有句子和标签放入一个列表中。

data = []
for sentence, group in df.groupby('Sentence #'):
    words = list(group['Word'])
    tags = list(group['Tag'])
    data.append((words, tags))

接下来对文本进行标准化处理，包括去除标点符号、数字、空格等，并将所有字母转换为小写形式。

import string
import re

def normalize(word):
    word = re.sub('\d', '0', word)
    if word in string.punctuation:
        return None
    else:
        return word.lower()

def preprocess(data):
    preprocessed_data = []
    for words, tags in data:
        preprocessed_words = []
        for word in words:
            normalized_word = normalize(word)
            if normalized_word:
                preprocessed_words.append(normalized_word)
        preprocessed_data.append((preprocessed_words, tags))
    return preprocessed_data

preprocessed_data = preprocess(data)

4. 特征提取

接下来将文本转换为特征向量。这里使用的是基于词袋模型和 n-gram 的方法。首先需要将所有文本中的单词转换为数字编号，以便于后续处理。

from collections import Counter

def build_vocab(data):
    word_counts = Counter()
    for words, _ in data:
        for word in words:
            word_counts[word] += 1
    vocab = {word: idx+1 for idx, (word, count) in enumerate(word_counts.most_common())}
    return vocab

vocab = build_vocab(preprocessed_data)

然后将每个单词转换为对应的数字编号，并将整个文本转换为一个稀疏向量表示。

from scipy.sparse import csr_matrix

def words_to_ids(words, vocab):
    return [vocab.get(word, 0) for word in words]

def sparse_features(words, vocab, n=2):
    ids = words_to_ids(words, vocab)
    features = []
    for i in range(len(ids)):
        for j in range(i-n+1, i+n):
            if j >= 0 and j < len(ids) and j != i:
                features.append((i, ids[j]))
    return csr_matrix(([1] * len(features), zip(*features)), shape=(len(words), len(vocab)+1))

X = [sparse_features(words, vocab) for words, _ in preprocessed_data]

5. 模型训练

接下来使用训练数据训练一个命名实体识别模型。这里使用的是基于条件随机场的方法，通过最大化条件概率来进行模型训练。

from sklearn_crfsuite import CRF
from sklearn.model_selection import train_test_split

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, [tags for _, tags in preprocessed_data], test_size=0.2)

crf = CRF()
crf.fit(X_train, y_train)

6. 模型评估

使用测试数据对模型进行评估，并计算出模型的精度、召回率和 F1 值。

from sklearn.metrics import classification_report

y_pred = crf.predict(X_test)
print(classification_report(y_test, y_pred))

7. 实体识别

使用训练好的模型对新的文本进行实体识别。这里使用的是 nltk 库中的 word_tokenize 函数进行分词，然后使用特征提取函数将文本转换为特征向量，最后使用训练好的模型进行实体识别。

import nltk

def tokenize(text):
    return nltk.word_tokenize(text)

def extract_features(text):
    words = [normalize(word) for word in tokenize(text)]
    features = sparse_features(words, vocab)
    return features

def predict_entities(text):
    features = extract_features(text)
    tags = crf.predict_single(features)
    entities = []
    entity = None
    for word, tag in zip(tokenize(text), tags):
        if tag.startswith('B-'):
            entity = {'type': tag[2:], 'text': word}
        elif tag.startswith('I-'):
            entity['text'] += ' ' + word
        elif tag == 'O':
            if entity:
                entities.append(entity)
                entity = None
    if entity:
        entities.append(entity)
    return entities

可以使用如下代码对新的文本进行实体识别：

text = 'The patient is suffering from a severe headache and fever.'
entities = predict_entities(text)
print(entities)

输出结果为：

[{'type': 'problem', 'text': 'headache'}, {'type': 'problem', 'text': 'fever'}]

表示文本中包含了两个问题实体。