基于transformer的文本识别在Pycharm中的代码实现

时间: 2024-02-11 15:06:24 浏览: 33
在Pycharm中实现基于Transformer的文本识别,可以使用Python深度学习框架TensorFlow或PyTorch等。以下是基于PyTorch实现的代码示例: ``` import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F from torchtext.datasets import TranslationDataset, Multi30k from torchtext.data import Field, BucketIterator # 定义数据预处理 SRC = Field(tokenize = "spacy", tokenizer_language='en', init_token = '<sos>', eos_token = '<eos>', lower = True) TRG = Field(tokenize = "spacy", tokenizer_language='de', init_token = '<sos>', eos_token = '<eos>', lower = True) train_data, valid_data, test_data = Multi30k.splits(exts = ('.en', '.de'), fields = (SRC, TRG)) SRC.build_vocab(train_data, min_freq = 2) TRG.build_vocab(train_data, min_freq = 2) # 定义模型 class Transformer(nn.Module): def __init__(self, input_dim, output_dim, d_model, n_layers, n_heads, pf_dim, dropout, max_length = 100): super().__init__() self.input_embedding = nn.Embedding(input_dim, d_model) self.output_embedding = nn.Embedding(output_dim, d_model) self.positional_encoding = nn.Embedding(max_length, d_model) self.encoder_layers = nn.ModuleList([EncoderLayer(d_model, n_heads, pf_dim, dropout) for _ in range(n_layers)]) self.decoder_layers = nn.ModuleList([DecoderLayer(d_model, n_heads, pf_dim, dropout) for _ in range(n_layers)]) self.fc_out = nn.Linear(d_model, output_dim) self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.scale = torch.sqrt(torch.FloatTensor([d_model])).to(device) def forward(self, src, trg, src_mask, trg_mask): batch_size = src.shape[0] src_len = src.shape[1] trg_len = trg.shape[1] position = torch.arange(0, max_len).unsqueeze(0).repeat(batch_size, 1).to(device) src = self.dropout((self.input_embedding(src) * self.scale) + self.positional_encoding(position)) trg = self.dropout((self.output_embedding(trg) * self.scale) + self.positional_encoding(position)) for layer in self.encoder_layers: src = layer(src, src_mask) for layer in self.decoder_layers: trg = layer(trg, src, trg_mask, src_mask) output = self.fc_out(trg) return output # 定义Encoder层 class EncoderLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, pf_dim, dropout): super().__init__() self.self_attention_layer_norm = nn.LayerNorm(d_model) self.encoder_attention_layer_norm = nn.LayerNorm(d_model) self.positionwise_feedforward_layer_norm = nn.LayerNorm(d_model) self.self_attention = nn.MultiheadAttention(d_model, n_heads) self.encoder_attention = nn.MultiheadAttention(d_model, n_heads) self.positionwise_feedforward = nn.Sequential( nn.Linear(d_model, pf_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(pf_dim, d_model) ) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, src, src_mask): _src, _ = self.self_attention(src, src, src, src_mask) src = self.self_attention_layer_norm(src + self.dropout(_src)) _src, _ = self.encoder_attention(src, src, src, src_mask) src = self.encoder_attention_layer_norm(src + self.dropout(_src)) _src = self.positionwise_feedforward(src) src = self.positionwise_feedforward_layer_norm(src + self.dropout(_src)) return src # 定义Decoder层 class DecoderLayer(nn.Module): def __init__(self, d_model, n_heads, pf_dim, dropout): super().__init__() self.self_attention_layer_norm = nn.LayerNorm(d_model) self.encoder_attention_layer_norm = nn.LayerNorm(d_model) self.positionwise_feedforward_layer_norm = nn.LayerNorm(d_model) self.self_attention = nn.MultiheadAttention(d_model, n_heads) self.encoder_attention = nn.MultiheadAttention(d_model, n_heads) self.positionwise_feedforward = nn.Sequential( nn.Linear(d_model, pf_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(pf_dim, d_model) ) self.dropout = nn.Dropout(dropout) def forward(self, trg, enc_src, trg_mask, src_mask): _trg, _ = self.self_attention(trg, trg, trg, trg_mask) trg = self.self_attention_layer_norm(trg + self.dropout(_trg)) _trg, _ = self.encoder_attention(trg, enc_src, enc_src, src_mask) trg = self.encoder_attention_layer_norm(trg + self.dropout(_trg)) _trg = self.positionwise_feedforward(trg) trg = self.positionwise_feedforward_layer_norm(trg + self.dropout(_trg)) return trg # 训练模型 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') BATCH_SIZE = 128 train_iterator, valid_iterator, test_iterator = BucketIterator.splits( (train_data, valid_data, test_data), batch_size = BATCH_SIZE, device = device) INPUT_DIM = len(SRC.vocab) OUTPUT_DIM = len(TRG.vocab) D_MODEL = 256 N_LAYERS = 3 N_HEADS = 8 PF_DIM = 512 DROPOUT = 0.1 model = Transformer(INPUT_DIM, OUTPUT_DIM, D_MODEL, N_LAYERS, N_HEADS, PF_DIM, DROPOUT).to(device) optimizer = optim.Adam(model.parameters()) TRG_PAD_IDX = TRG.vocab.stoi[TRG.pad_token] criterion = nn.CrossEntropyLoss(ignore_index = TRG_PAD_IDX) def train(model, iterator, optimizer, criterion, clip): model.train() epoch_loss = 0 for i, batch in enumerate(iterator): src = batch.src trg = batch.trg optimizer.zero_grad() output = model(src, trg[:,:-1], None, None) output_dim = output.shape[-1] output = output.contiguous().view(-1, output_dim) trg = trg[:,1:].contiguous().view(-1) loss = criterion(output, trg) loss.backward() torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), clip) optimizer.step() epoch_loss += loss.item() return epoch_loss / len(iterator) def evaluate(model, iterator, criterion): model.eval() epoch_loss = 0 with torch.no_grad(): for i, batch in enumerate(iterator): src = batch.src trg = batch.trg output = model(src, trg[:,:-1], None, None) output_dim = output.shape[-1] output = output.contiguous().view(-1, output_dim) trg = trg[:,1:].contiguous().view(-1) loss = criterion(output, trg) epoch_loss += loss.item() return epoch_loss / len(iterator) N_EPOCHS = 10 CLIP = 1 for epoch in range(N_EPOCHS): train_loss = train(model, train_iterator, optimizer, criterion, CLIP) valid_loss = evaluate(model, valid_iterator, criterion) print(f'Epoch: {epoch+1:02} | Train Loss: {train_loss:.3f} | Val. Loss: {valid_loss:.3f}') # 测试模型 def translate_sentence(model, sentence, src_field, trg_field, max_len = 50): model.eval() if isinstance(sentence, str): nlp = spacy.load('en_core_web_sm') tokens = [token.text.lower() for token in nlp(sentence)] else: tokens = [token.lower() for token in sentence] tokens = [src_field.init_token] + tokens + [src_field.eos_token] src_indexes = [src_field.vocab.stoi[token] for token in tokens] src_tensor = torch.LongTensor(src_indexes).unsqueeze(0).to(device) src_mask = model.make_src_mask(src_tensor) with torch.no_grad(): enc_src = model.encoder(src_tensor, src_mask) trg_indexes = [trg_field.vocab.stoi[trg_field.init_token]] for i in range(max_len): trg_tensor = torch.LongTensor([trg_indexes[-1]]).to(device) trg_mask = model.make_trg_mask(trg_tensor) src_mask = model.make_src_mask(src_tensor) with torch.no_grad(): output, attention = model.decoder(trg_tensor, enc_src, trg_mask, src_mask) pred_token = output.argmax(1).item() trg_indexes.append(pred_token) if pred_token == trg_field.vocab.stoi[trg_field.eos_token]: break trg_tokens = [trg_field.vocab.itos[i] for i in trg_indexes] return trg_tokens[1:], attention example_idx = 12 src = vars(train_data.examples[example_idx])['src'] trg = vars(train_data.examples[example_idx])['trg'] print(f'src = {src}') print(f'trg = {trg}') translation, attention = translate_sentence(model, src, SRC, TRG) print(f'predicted trg = {translation}')

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