Pytorch lstm自然语言

处理示例

在这个示例中，我们将使用PyTorch LSTM模型来处理自然语言文本数据。我们将使用一个简单的情感分析任务作为例子，模型将接收一段英文文本并预测该文本的情感是正面的还是负面的。

首先，我们需要将文本数据转换为数字表示，以便LSTM模型可以处理。我们将使用预先训练好的词向量来表示每个单词。我们可以使用GloVe词向量，它是一种常见的预训练词向量。我们可以使用torchtext库来加载GloVe词向量，并将文本数据转换为数字表示。

import torch
import torchtext
from torchtext.datasets import IMDB
from torchtext.data import Field, LabelField, BucketIterator

# 设置随机种子以确保结果可重复
SEED = 1234

torch.manual_seed(SEED)
torch.backends.cudnn.deterministic = True

# 定义数据字段
TEXT = Field(tokenize='spacy', lower=True)
LABEL = LabelField(dtype=torch.float)

# 加载IMDB数据集
train_data, test_data = IMDB.splits(TEXT, LABEL)

# 构建词汇表
TEXT.build_vocab(train_data, max_size=10000, vectors='glove.6B.100d')
LABEL.build_vocab(train_data)

# 定义批处理大小和设备
BATCH_SIZE = 64

device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')

# 创建迭代器
train_iterator, test_iterator = BucketIterator.splits(
    (train_data, test_data),
    batch_size=BATCH_SIZE,
    device=device)

接下来，我们可以定义LSTM模型。LSTM模型由一个嵌入层、一个LSTM层和一个全连接层组成。嵌入层将数字表示的文本转换为词向量表示，LSTM层将词向量序列作为输入并输出最后一个时间步的隐藏状态，最后一个全连接层将隐藏状态映射到情感标签。

import torch.nn as nn

class LSTMModel(nn.Module):
    def __init__(self, input_dim, embedding_dim, hidden_dim, output_dim):
        super().__init__()

        self.embedding = nn.Embedding(input_dim, embedding_dim)
        self.lstm = nn.LSTM(embedding_dim, hidden_dim)
        self.fc = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)

    def forward(self, text):
        # text = [sent len, batch size]

        embedded = self.embedding(text)
        # embedded = [sent len, batch size, emb dim]

        output, (hidden, cell) = self.lstm(embedded)
        # output = [sent len, batch size, hid dim]
        # hidden = [1, batch size, hid dim]
        # cell = [1, batch size, hid dim]

        prediction = self.fc(hidden.squeeze(0))
        # prediction = [batch size, output dim]

        return prediction

最后，我们可以训练和测试模型。我们将使用二元交叉熵损失和Adam优化器来训练模型。在每个时期结束时，我们将计算模型在测试集上的精度。

import torch.optim as optim

# 定义模型、损失和优化器
INPUT_DIM = len(TEXT.vocab)
EMBEDDING_DIM = 100
HIDDEN_DIM = 256
OUTPUT_DIM = 1

model = LSTMModel(INPUT_DIM, EMBEDDING_DIM, HIDDEN_DIM, OUTPUT_DIM)

criterion = nn.BCEWithLogitsLoss()

optimizer = optim.Adam(model.parameters())

# 将模型移动到设备上
model = model.to(device)
criterion = criterion.to(device)

# 定义计算准确率的函数
def binary_accuracy(preds, y):
    rounded_preds = torch.round(torch.sigmoid(preds))
    correct = (rounded_preds == y).float()
    acc = correct.sum() / len(correct)
    return acc

# 定义训练和测试函数
def train(model, iterator, optimizer, criterion):
    epoch_loss = 0
    epoch_acc = 0

    model.train()

    for batch in iterator:
        text = batch.text
        labels = batch.label

        optimizer.zero_grad()

        predictions = model(text).squeeze(1)

        loss = criterion(predictions, labels)

        acc = binary_accuracy(predictions, labels)

        loss.backward()

        optimizer.step()

        epoch_loss += loss.item()
        epoch_acc += acc.item()

    return epoch_loss / len(iterator), epoch_acc / len(iterator)

def evaluate(model, iterator, criterion):
    epoch_loss = 0
    epoch_acc = 0

    model.eval()

    with torch.no_grad():
        for batch in iterator:
            text = batch.text
            labels = batch.label

            predictions = model(text).squeeze(1)

            loss = criterion(predictions, labels)

            acc = binary_accuracy(predictions, labels)

            epoch_loss += loss.item()
            epoch_acc += acc.item()

    return epoch_loss / len(iterator), epoch_acc / len(iterator)

# 训练模型
N_EPOCHS = 10

for epoch in range(N_EPOCHS):
    train_loss, train_acc = train(model, train_iterator, optimizer, criterion)
    test_loss, test_acc = evaluate(model, test_iterator, criterion)

    print(f'Epoch: {epoch+1:02}')
    print(f'\tTrain Loss: {train_loss:.3f} | Train Acc: {train_acc*100:.2f}%')
    print(f'\t Test Loss: {test_loss:.3f} |  Test Acc: {test_acc*100:.2f}%')

这个简单的LSTM模型在IMDB数据集上的测试精度约为88%。可以尝试调整模型超参数、使用更大的预训练词向量或使用其他LSTM变体来进一步提高模型性能。