人工智能--使用神经网络分析电影评论

Posted 2022-01-31 Abro.

学习目标：

1. 理解文本挖掘的基本原理。
2. 掌握利用LSTM对文本进行分类的方法。

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学习内容：

对kears自带的keras.datasets.imdb英文影评数据，分析该影评是正面评价还是负面评价。参考以下代码，建立基于LSTM的神经网络，对影评数据进行分类。并调整网络参数，提高分类的效果，和原始的神经网络方法的结果进行比较。

提示：可参考Bidirectional LSTM on IMDB

 Bidirectional LSTM on IMDB 。

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学习过程：

结果如下表：

	优化器	迭代次数	测试集识别率
原始神经网络	RMSProp	20	0.8711
原始神经网络	Adam	10	0.8722
一层LSTM	Adam	10	0.8628
双层LSTM	Adam	10	0.8249
双向LSTM	Adam	10	0.8619
双向双层LSTM	Adam	10	0.8538

综上，只添加一层LSTM和双向LSTM的神经网络的分类效果较接近原始的神经网络的识别率。

调试过程：

原始神经网络：

一层LSTM：

双层LSTM：

双向LSTM：

双向LSTM接一层LSTM：

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源码：

# In[0]: 读取数据
from keras.datasets import imdb
#num_words表示加载影评时，确保影评里面的单词使用频率保持在前1万位，于是有些很少见的生僻词在数据加载时会舍弃掉
(train_data, train_labels), (test_data, test_labels) = imdb.load_data(num_words=10000)

print(train_data[0])    # 单词编号组成一段话的评论
print(train_labels[0])

# In[1]:  单词编号 和 单词 之间的对应关系
#频率与单词的对应关系存储在哈希表word_index中,它的key对应的是单词，value对应的是单词的频率
word_index = imdb.get_word_index()
#我们要把表中的对应关系反转一下，变成key是频率，value是单词
reverse_word_index = dict([(value, key) for (key, value) in word_index.items()])
'''
在train_data所包含的数值中，数值1，2，3对应的不是单词，而用来表示特殊含义，1表示“填充”，2表示”文本起始“，
3表示”未知“，因此当我们从train_data中读到的数值是1，2，3时，我们要忽略它，从4开始才对应单词，如果数值是4，
那么它表示频率出现最高的单词
'''
text = "" 
for wordCount in train_data[0]:
    if wordCount > 3:
        text += reverse_word_index.get(wordCount - 3)
        text += " "
    else:
        text += "?"

print(text)  # 把单词编号转换 为 单词 后，第一个影评原始的单词序列

# In[2]: 利用keras中的Tokenizer将单词进行编号
from keras.preprocessing import sequence
max_features = 10000
maxlen = 200
train_data = sequence.pad_sequences(train_data, maxlen=maxlen)
test_data = sequence.pad_sequences(test_data, maxlen=maxlen)

# In[6]: 构建神经网络模型
from keras.models import Sequential
#from keras.layers import Dense,LSTM,Dropout
from keras.layers import Dense
from keras.layers import Dropout
from keras.layers import LSTM
from keras.layers import Bidirectional
#from keras.layers import Flatten
from keras.layers.embeddings import Embedding
from keras.optimizers import Adam
#from keras.optimizers import RMSProp

model = Sequential()
# Embedding类将正整数（索引）转换为固定大小的密集向量，通过矩阵乘法进行数据降维。
emebdding_layer = Embedding(max_features, 128, input_length=maxlen)
model.add(emebdding_layer)
model.add(Dropout(0.35)) #防止过拟合

#model.add(Dropout(0.6))
#model.add(LSTM(64, return_sequences=False))
#lstm=LSTM(64,return_sequences=False)  #返回最后一个节点的输出
#双向LSTM
model.add(Bidirectional(LSTM(16, return_sequences=True))) #后接一层LSTM
model.add(LSTM(16))
model.add(Dense(128, activation='relu'))
#model.add(Flatten())
#model.add(Dropout(0.35))
model.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
#model.add(Dense(1, activation='softmax')) ###!!!
optimizers = Adam(lr=0.0001)
#model.compile(optimizer='adam', loss='binary_crossentropy', metrics=['acc'])
model.compile(optimizers, loss='binary_crossentropy', metrics=['acc'])
print(model.summary()) #输出网络结构

x_val = train_data[:10000]     # 前面10000个样本作为验证集
partial_x_train = train_data[10000:]  # 10000到25000的样本作为训练样本 

y_val = train_labels[: 10000]
partial_y_train = train_labels[10000:]

history = model.fit(partial_x_train, partial_y_train, epochs=3, batch_size=32, 
                    validation_data = (x_val, y_val))

# In[3]: 绘制训练过程中识别率和损失的变化
import matplotlib.pyplot as plt
acc = history.history['acc']
val_acc = history.history['val_acc']
loss = history.history['loss']
val_loss = history.history['val_loss']
epochs = range(1, len(acc) + 1)

plt.title('Training and validation accuracy')
plt.plot(epochs, acc, 'bo', label='Training acc')
plt.plot(epochs, val_acc, 'b', label='Validation acc')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Loss')

plt.legend()
plt.show()

# In[4]: 测试
loss, score_te = model.evaluate(test_data, test_labels)
print('Test loss:', loss)
print('Keras: test accuary = %s' % score_te)

源码1下载 

源码2下载

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学习产出：

1. 在不改动原有数据集划分的情况下，增加了LSTM层不能很好地提高识别率；