Python自然语言处理工具小结

Posted 2020-08-20

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Python自然语言处理工具小结

作者：白宁超

2016年11月21日21:45:26

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1 Python 的几个自然语言处理工具

1. NLTK:NLTK 在用 Python 处理自然语言的工具中处于领先的地位。它提供了 WordNet 这种方便处理词汇资源的借口，还有分类、分词、除茎、标注、语法分析、语义推理等类库。
2. Pattern:Pattern 的自然语言处理工具有词性标注工具(Part-Of-Speech Tagger)，N元搜索(n-gram search)，情感分析(sentiment analysis)，WordNet。支持机器学习的向量空间模型，聚类，向量机。

3. TextBlob:TextBlob 是一个处理文本数据的 Python 库。提供了一些简单的api解决一些自然语言处理的任务，例如词性标注、名词短语抽取、情感分析、分类、翻译等等。

4. Gensim:Gensim 提供了对大型语料库的主题建模、文件索引、相似度检索的功能。它可以处理大于RAM内存的数据。作者说它是“实现无干预从纯文本语义建模的最强大、最高效、最无障碍的软件。
5. PyNLPI:它的全称是：Python自然语言处理库（Python Natural Language Processing Library，音发作: pineapple） 这是一个各种自然语言处理任务的集合，PyNLPI可以用来处理N元搜索，计算频率表和分布，建立语言模型。他还可以处理向优先队列这种更加复杂的数据结构，或者像 Beam 搜索这种更加复杂的算法。
6. spaCy:这是一个商业的开源软件。结合Python和Cython，它的自然语言处理能力达到了工业强度。是速度最快，领域内最先进的自然语言处理工具。
7. Polyglot:Polyglot 支持对海量文本和多语言的处理。它支持对165种语言的分词，对196中语言的辨识，40种语言的专有名词识别，16种语言的词性标注，136种语言的情感分析，137种语言的嵌入，135种语言的形态分析，以及69中语言的翻译。
8. MontyLingua:MontyLingua 是一个自由的、训练有素的、端到端的英文处理工具。输入原始英文文本到 MontyLingua ，就会得到这段文本的语义解释。适合用来进行信息检索和提取，问题处理，回答问题等任务。从英文文本中，它能提取出主动宾元组，形容词、名词和动词短语，人名、地名、事件，日期和时间，等语义信息。
9. BLLIP Parser:BLLIP Parser（也叫做Charniak-Johnson parser）是一个集成了产生成分分析和最大熵排序的统计自然语言工具。包括 命令行 和 python接口 。
10. Quepy:Quepy是一个Python框架，提供将自然语言转换成为数据库查询语言。可以轻松地实现不同类型的自然语言和数据库查询语言的转化。所以，通过Quepy，仅仅修改几行代码，就可以实现你自己的自然语言查询数据库系统。GitHub:https://github.com/machinalis/quepy
11. HanNLP：HanLP是由一系列模型与算法组成的Java工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用。不仅仅是分词，而是提供词法分析、句法分析、语义理解等完备的功能。HanLP具备功能完善、性能高效、架构清晰、语料时新、可自定义的特点。文档使用操作说明：Python调用自然语言处理包HanLP 和 菜鸟如何调用HanNLP

2 OpenNLP：进行中文命名实体识别

OpenNLP是Apach下的Java自然语言处理API，功能齐全。如下给大家介绍一下使用OpenNLP进行中文语料命名实体识别的过程。

首先是预处理工作，分词去听用词等等的就不啰嗦了，其实将分词的结果中间加上空格隔开就可以了，OpenNLP可以将这样形式的的语料照处理英文的方式处理，有些关于字符处理的注意点在后面会提到。

其次我们要准备各个命名实体类别所对应的词库，词库被存在文本文档中，文档名即是命名实体类别的TypeName，下面两个function分别是载入某类命名实体词库中的词和载入命名实体的类别。

/**
	 * 载入词库中的命名实体
	 * 
	 * @param nameListFile
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static List<String> loadNameWords(File nameListFile)
			throws Exception {
		List<String> nameWords = new ArrayList<String>();

		if (!nameListFile.exists() || nameListFile.isDirectory()) {
			System.err.println("不存在那个文件");
			return null;
		}

		BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(nameListFile));
		String line = null;
		while ((line = br.readLine()) != null) {
			nameWords.add(line);
		}

		br.close();

		return nameWords;
	}

	/**
	 * 获取命名实体类型
	 * 
	 * @param nameListFile
	 * @return
	 */
	public static String getNameType(File nameListFile) {
		String nameType = nameListFile.getName();

		return nameType.substring(0, nameType.lastIndexOf("."));
	}

因为OpenNLP要求的训练语料是这样子的：

XXXXXX<START:Person>????<END>XXXXXXXXX<START:Action>????<END>XXXXXXX  

被标注的命名实体被放在<START><END>范围中，并标出了实体的类别。接下来是对命名实体识别模型的训练，先上代码：

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.StringReader;
import java.util.Collections;

import opennlp.tools.namefind.NameFinderME;
import opennlp.tools.namefind.NameSample;
import opennlp.tools.namefind.NameSampleDataStream;
import opennlp.tools.namefind.TokenNameFinderModel;
import opennlp.tools.util.ObjectStream;
import opennlp.tools.util.PlainTextByLineStream;
import opennlp.tools.util.featuregen.AggregatedFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.PreviousMapFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.TokenClassFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.TokenFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.WindowFeatureGenerator;

/**
 * 中文命名实体识别模型训练组件
 * 
 * @author ddlovehy
 *
 */
public class NamedEntityMultiFindTrainer {

	// 默认参数
	private int iterations = 80;
	private int cutoff = 5;
	private String langCode = "general";
	private String type = "default";

	// 待设定的参数
	private String nameWordsPath; // 命名实体词库路径
	private String dataPath; // 训练集已分词语料路径
	private String modelPath; // 模型存储路径

	public NamedEntityMultiFindTrainer() {
		super();
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}

	public NamedEntityMultiFindTrainer(String nameWordsPath, String dataPath,
			String modelPath) {
		super();
		this.nameWordsPath = nameWordsPath;
		this.dataPath = dataPath;
		this.modelPath = modelPath;
	}

	public NamedEntityMultiFindTrainer(int iterations, int cutoff,
			String langCode, String type, String nameWordsPath,
			String dataPath, String modelPath) {
		super();
		this.iterations = iterations;
		this.cutoff = cutoff;
		this.langCode = langCode;
		this.type = type;
		this.nameWordsPath = nameWordsPath;
		this.dataPath = dataPath;
		this.modelPath = modelPath;
	}

	/**
	 * 生成定制特征
	 * 
	 * @return
	 */
	public AggregatedFeatureGenerator prodFeatureGenerators() {
		AggregatedFeatureGenerator featureGenerators = new AggregatedFeatureGenerator(
				new WindowFeatureGenerator(new TokenFeatureGenerator(), 2, 2),
				new WindowFeatureGenerator(new TokenClassFeatureGenerator(), 2,
						2), new PreviousMapFeatureGenerator());

		return featureGenerators;
	}

	/**
	 * 将模型写入磁盘
	 * 
	 * @param model
	 * @throws Exception
	 */
	public void writeModelIntoDisk(TokenNameFinderModel model) throws Exception {
		File outModelFile = new File(this.getModelPath());
		FileOutputStream outModelStream = new FileOutputStream(outModelFile);
		model.serialize(outModelStream);
	}

	/**
	 * 读出标注的训练语料
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public String getTrainCorpusDataStr() throws Exception {

		// TODO 考虑入持久化判断直接载入标注数据的情况 以及增量式训练

		String trainDataStr = null;
		trainDataStr = NameEntityTextFactory.prodNameFindTrainText(
				this.getNameWordsPath(), this.getDataPath(), null);

		return trainDataStr;
	}

	/**
	 * 训练模型
	 * 
	 * @param trainDataStr
	 *            已标注的训练数据整体字符串
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public TokenNameFinderModel trainNameEntitySamples(String trainDataStr)
			throws Exception {
		ObjectStream<NameSample> nameEntitySample = new NameSampleDataStream(
				new PlainTextByLineStream(new StringReader(trainDataStr)));
		
		System.out.println("**************************************");
		System.out.println(trainDataStr);

		TokenNameFinderModel nameFinderModel = NameFinderME.train(
				this.getLangCode(), this.getType(), nameEntitySample,
				this.prodFeatureGenerators(),
				Collections.<String, Object> emptyMap(), this.getIterations(),
				this.getCutoff());

		return nameFinderModel;
	}

	/**
	 * 训练组件总调用方法
	 * 
	 * @return
	 */
	public boolean execNameFindTrainer() {

		try {
			String trainDataStr = this.getTrainCorpusDataStr();
			TokenNameFinderModel nameFinderModel = this
					.trainNameEntitySamples(trainDataStr);
			// System.out.println(nameFinderModel);
			this.writeModelIntoDisk(nameFinderModel);

			return true;
		} catch (Exception e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();

			return false;
		}
	}
｝

注：

• 参数：iterations是训练算法迭代的次数，太少了起不到训练的效果，太大了会造成过拟合，所以各位可以自己试试效果；
• cutoff：语言模型扫描窗口的大小，一般设成5就可以了，当然越大效果越好，时间可能会受不了；
• langCode：语种代码和type实体类别，因为没有专门针对中文的代码，设成“普通”的即可，实体的类别因为我们想训练成能识别多种实体的模型，于是设置为“默认”。

说明：

• prodFeatureGenerators()方法用于生成个人订制的特征生成器，其意义在于选择什么样的n-gram语义模型，代码当中显示的是选择窗口大小为5，待测命名实体词前后各扫描两个词的范围计算特征（加上自己就是5个），或许有更深更准确的意义，请大家指正；
• trainNameEntitySamples()方法，训练模型的核心，首先是将如上标注的训练语料字符串传入生成字符流，再通过NameFinderME的train()方法传入上面设定的各个参数，订制特征生成器等等，关于源实体映射对，就按默认传入空Map就好了。

源代码开源在：https://github.com/Ailab403/ailab-mltk4j，test包里面对应有完整的调用demo，以及file文件夹里面的测试语料和已经训练好的模型。

3 StanfordNLP：实现中文命名实体识别

使用Stanford Word Segmenter and Stanford Named Entity Recognizer (NER)实现中文命名实体识别 - 以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下 - 博客频道 - CSDN.NET

1、分词介绍

斯坦福大学的分词器，该系统需要JDK 1.8+，从上面链接中下载stanford-segmenter-2014-10-26，解压之后，如下图所示

进入data目录，其中有两个gz压缩文件，分别是ctb.gz和pku.gz，其中CTB：宾州大学的中国树库训练资料 ，PKU：中国北京大学提供的训练资料。当然了，你也可以自己训练，一个训练的例子可以在这里面看到http://nlp.stanford.edu/software/trainSegmenter-20080521.tar.gz

2、NER介绍

斯坦福NER是采用Java实现，可以识别出（PERSON，ORGANIZATION，LOCATION），使用本软件发表的研究成果需引用下述论文：

下载地址在：http://nlp.stanford.edu/~manning/papers/gibbscrf3.pdf

在NER页面可以下载到两个压缩文件，分别是stanford-ner-2014-10-26和stanford-ner-2012-11-11-chinese

将两个文件解压可看到

默认NER可以用来处理英文，如果需要处理中文要另外处理。

3、分词和NER使用

在Eclipse中新建一个Java Project，将data目录拷贝到项目根路径下，再把stanford-ner-2012-11-11-chinese解压的内容全部拷贝到classifiers文件夹下，将stanford-segmenter-3.5.0加入到classpath之中，将classifiers文件夹拷贝到项目根目录，将stanford-ner-3.5.0.jar和stanford-ner.jar加入到classpath中。最后，去http://nlp.stanford.edu/software/corenlp.shtml下载stanford-corenlp-full-2014-10-31，将解压之后的stanford-corenlp-3.5.0也加入到classpath之中。最后的Eclipse中结构如下：

Chinese NER：这段说明，很清晰，需要将中文分词的结果作为NER的输入，然后才能识别出NER来。

同时便于测试，本Demo使用junit-4.10.jar，下面开始上代码

import edu.stanford.nlp.ie.AbstractSequenceClassifier; 
import edu.stanford.nlp.ie.crf.CRFClassifier; 
import edu.stanford.nlp.ling.CoreLabel; 

/** 
* 
* <p> 
* ClassName ExtractDemo 
* </p> 
* <p> 
* Description 加载NER模块 
* 
*/ 
public class ExtractDemo { 
private static AbstractSequenceClassifier<CoreLabel> ner; 
public ExtractDemo() { 
InitNer(); 
} 
public void InitNer() { 
String serializedClassifier = "classifiers/chinese.misc.distsim.crf.ser.gz"; // chinese.misc.distsim.crf.ser.gz 
if (ner == null) { 
ner = CRFClassifier.getClassifierNoExceptions(serializedClassifier); 
} 
} 

public String doNer(String sent) { 
return ner.classifyWithInlineXML(sent); 
} 

public static void main(String args[]) { 
String str = "我 去 吃饭 ， 告诉 李强 一声 。"; 
ExtractDemo extractDemo = new ExtractDemo(); 
System.out.println(extractDemo.doNer(str)); 
System.out.println("Complete!"); 
} 

} 

 

import java.io.File; 
import java.io.IOException; 
import java.util.Properties; 

import org.apache.commons.io.FileUtils; 

import edu.stanford.nlp.ie.crf.CRFClassifier; 
import edu.stanford.nlp.ling.CoreLabel; 

/** 
* 
* <p> 
* Description 使用Stanford CoreNLP进行中文分词 
* </p> 
* 
*/ 
public class ZH_SegDemo { 
public static CRFClassifier<CoreLabel> segmenter; 
static { 
// 设置一些初始化参数 
Properties props = new Properties(); 
props.setProperty("sighanCorporaDict", "data"); 
props.setProperty("serDictionary", "data/dict-chris6.ser.gz"); 
props.setProperty("inputEncoding", "UTF-8"); 
props.setProperty("sighanPostProcessing", "true"); 
segmenter = new CRFClassifier<CoreLabel>(props); 
segmenter.loadClassifierNoExceptions("data/ctb.gz", props); 
segmenter.flags.setProperties(props); 
} 

public static String doSegment(String sent) { 
String[] strs = (String[]) segmenter.segmentString(sent).toArray(); 
StringBuffer buf = new StringBuffer(); 
for (String s : strs) { 
buf.append(s + " "); 
} 
System.out.println("segmented res: " + buf.toString()); 
return buf.toString(); 
} 

public static void main(String[] args) { 
try { 
String readFileToString = FileUtils.readFileToString(new File("澳门141人食物中毒与进食“问题生蚝”有关.txt")); 
String doSegment = doSegment(readFileToString); 
System.out.println(doSegment); 

ExtractDemo extractDemo = new ExtractDemo(); 
System.out.println(extractDemo.doNer(doSegment)); 

System.out.println("Complete!"); 
} catch (IOException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 

} 
} 

 
注意一定是JDK 1.8+的环境，最后输出结果如下：