pytorch实现机器翻译

时间: 2023-12-13 08:34:12 浏览: 246
以下是使用PyTorch实现机器翻译的步骤: 1.读取和预处理数据 2.定义编码器和解码器模型 3.定义注意力机制 4.定义损失函数和优化器 5.训练模型 6.使用模型进行翻译 具体实现细节可以参考以下代码: ```python import os import zipfile import collections import time import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F from torch.utils import data from torch import optim from d2l.data.base import Vocab import d2l # 读取和预处理数据 def read_data_nmt(): data_dir = '/home/kesci/input/fraeng6506/fra-eng' with zipfile.ZipFile(os.path.join(data_dir, 'fra-eng.zip'), 'r') as f: raw_text = f.read('fra.txt').decode("utf-8") return raw_text raw_text = read_data_nmt() print(raw_text[:100]) def preprocess_nmt(text): text = text.replace('\u202f', ' ').replace('\xa0', ' ') no_space = lambda char, prev_char: ( True if char in (',', '!', '.') and prev_char != ' ' else False) out = [' '+char if i > 0 and no_space(char, text[i-1]) else char for i, char in enumerate(text.lower())] return ''.join(out) text = preprocess_nmt(raw_text) print(text[:100]) def tokenize_nmt(text, num_examples=None): source, target = [], [] for i, line in enumerate(text.split('\n')): if num_examples and i > num_examples: break parts = line.split('\t') if len(parts) == 2: source.append(parts[0].split(' ')) target.append(parts[1].split(' ')) return source, target source, target = tokenize_nmt(text) print(source[:3], target[:3]) # 建立词典 def build_vocab_nmt(tokens): tokens = [token for line in tokens for token in line] return Vocab(tokens, min_freq=3, use_special_tokens=True) src_vocab = build_vocab_nmt(source) print(list(src_vocab.token_to_idx.items())[:10]) tgt_vocab = build_vocab_nmt(target) print(list(tgt_vocab.token_to_idx.items())[:10]) # 将文本转换为数字序列 def encode_nmt(src_tokens, tgt_tokens, src_vocab, tgt_vocab): src_encoded = [[src_vocab[token] for token in line] for line in src_tokens] tgt_encoded = [[tgt_vocab[token] for token in line] for line in tgt_tokens] return src_encoded, tgt_encoded src_encoded, tgt_encoded = encode_nmt(source, target, src_vocab, tgt_vocab) print(src_encoded[:3], tgt_encoded[:3]) # 定义编码器和解码器模型 class Encoder(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, embed_size, num_hiddens, num_layers, drop_prob=0): super(Encoder, self).__init__() self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, embed_size) self.rnn = nn.LSTM(embed_size, num_hiddens, num_layers, dropout=drop_prob, bidirectional=True) def forward(self, inputs, state=None): # inputs shape: (batch_size, seq_len) # outputs shape: (seq_len, batch_size, 2*num_hiddens) embeddings = self.embedding(inputs) outputs, state = self.rnn(embeddings.permute([1, 0, 2]), state) return outputs.permute([1, 0, 2]), state class Decoder(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, embed_size, num_hiddens, num_layers, attention_size, drop_prob=0): super(Decoder, self).__init__() self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, embed_size) self.attention = Attention(num_hiddens, attention_size, drop_prob) self.rnn = nn.LSTM(num_hiddens + embed_size, num_hiddens, num_layers, dropout=drop_prob) self.out = nn.Linear(num_hiddens, vocab_size) def forward(self, cur_input, state, enc_outputs): # cur_input shape: (batch_size,) # state: the hidden state of the last time step # outputs shape: (batch_size, vocab_size) embeddings = self.embedding(cur_input).unsqueeze(0) context = self.attention(state[0][-1], enc_outputs) rnn_input = torch.cat([embeddings, context.unsqueeze(0)], dim=2) outputs, state = self.rnn(rnn_input, state) outputs = self.out(outputs).squeeze(0) return outputs, state class Attention(nn.Module): def __init__(self, enc_num_hiddens, dec_num_hiddens, attention_size, drop_prob=0): super(Attention, self).__init__() self.enc_attention = nn.Linear(enc_num_hiddens, attention_size, bias=False) self.dec_attention = nn.Linear(dec_num_hiddens, attention_size, bias=False) self.combined_attention = nn.Linear(attention_size, 1, bias=True) self.dropout = nn.Dropout(drop_prob) def forward(self, dec_state, enc_outputs): # dec_state shape: (batch_size, dec_num_hiddens) # enc_outputs shape: (batch_size, seq_len, enc_num_hiddens) dec_attention = self.dec_attention(dec_state).unsqueeze(1) enc_attention = self.enc_attention(enc_outputs) combined_attention = self.combined_attention(torch.tanh( enc_attention + dec_attention)) attention_weights = F.softmax(combined_attention.squeeze(2), dim=1) return torch.bmm(attention_weights.unsqueeze(1), enc_outputs).squeeze(1) # 定义损失函数和优化器 def sequence_mask(X, valid_len, value=0): maxlen = X.size(1) mask = torch.arange(maxlen)[None, :] < valid_len[:, None] X[~mask] = value return X class MaskedSoftmaxCELoss(nn.CrossEntropyLoss): def forward(self, pred, target, valid_len): weights = torch.ones_like(target) weights = sequence_mask(weights, valid_len).float() self.reduction = 'none' output = super(MaskedSoftmaxCELoss, self).forward(pred.transpose(1, 2), target) return (output * weights).mean(dim=1) def train_epoch_ch8(net, data_iter, lr, optimizer, device, use_random_iter): loss_sum, n = 0.0, 0 for batch in data_iter: optimizer.zero_grad() X, X_vlen, Y, Y_vlen = [x.to(device) for x in batch] bos = torch.tensor([tgt_vocab['<bos>']] * Y.shape[0], device=device).reshape(-1, 1) dec_input = torch.cat([bos, Y[:, :-1]], 1) # Teacher forcing Y_hat, _ = net(X, dec_input, X_vlen) loss = MaskedSoftmaxCELoss()(Y_hat, Y, Y_vlen) loss.sum().backward() d2l.grad_clipping(net, 1) num_tokens = Y_vlen.sum() optimizer.step() loss_sum += loss.sum().item() n += num_tokens.item() return loss_sum / n def train_ch8(net, train_iter, lr, num_epochs, device, use_random_iter=False): def init_weights(m): if type(m) == nn.Linear: nn.init.xavier_uniform_(m.weight) if type(m) == nn.LSTM: for param in m._flat_weights_names: if "weight" in param: nn.init.xavier_uniform_(m._parameters[param]) net.apply(init_weights) net.to(device) optimizer = torch.optim.Adam(net.parameters(), lr=lr) loss = MaskedSoftmaxCELoss() animator = d2l.Animator(xlabel='epoch', ylabel='loss', xlim=[1, num_epochs]) for epoch in range(num_epochs): timer = d2l.Timer() loss_avg = train_epoch_ch8(net, train_iter, lr, optimizer, device, use_random_iter) animator.add(epoch+1, loss_avg) print(f'epoch {epoch + 1}, loss {loss_avg:.3f}, ' f'time {timer.stop():.1f} sec') return net # 训练模型 embed_size, num_hiddens, num_layers = 64, 128, 2 attention_size, drop_prob, lr, batch_size, num_epochs = 10, 0.5, 0.01, 64, 300 train_iter = d2l.load_data_nmt(batch_size, num_examples=1000) encoder = Encoder(len(src_vocab), embed_size, num_hiddens, num_layers, drop_prob) decoder = Decoder(len(tgt_vocab), embed_size, num_hiddens, num_layers, attention_size, drop_prob) net = d2l.EncoderDecoder(encoder, decoder) device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') net = train_ch8(net, train_iter, lr, num_epochs, device) # 使用模型进行翻译 def predict_ch8(net, src_sentence, src_vocab, tgt_vocab, num_steps, device): src_tokens = src_vocab[src_sentence.lower().split(' ')] enc_valid_len = torch.tensor([len(src_tokens)], device=device) src_tokens = d2l.truncate_pad(src_tokens, num_steps, src_vocab['<pad>']) enc_X = torch.tensor(src_tokens, dtype=torch.long, device=device) enc_outputs, enc_state = net.encoder(enc_X.unsqueeze(0), enc_valid_len) dec_state = enc_state dec_X = torch.tensor([tgt_vocab['<bos>']], dtype=torch.long, device=device).reshape(1, 1) output_seq = [] for _ in range(num_steps): Y, dec_state = net.decoder(dec_X, dec_state, enc_outputs) dec_X = Y.argmax(dim=1).reshape(1, 1) pred = dec_X.squeeze(dim=0).type(torch.int32).item() if pred == tgt_vocab['<eos>']: break output_seq.append(pred) return ' '.join(tgt_vocab.to_tokens(output_seq)) src_sentence = 'They are watching.' print(predict_ch8(net, src_sentence, src_vocab, tgt_vocab, num_steps=10, device=device)) --相关问题--:
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