torchtext入门教程必看,带你轻松玩转文本数据处理-巨人网络通讯

torchtext入门教程必看,带你轻松玩转文本数据处理

用深度学习做nlp也有一段时间了，熟悉这块内容的同学都知道，实践算法的时候，写模型是个简单的事，最麻烦的是数据处理，数据处理不仅会浪费我们大部分时间，而且会消耗很大的计算资源，浪费人力物力。

今年开始接触pytorch，简洁的API，动态图，更加灵活的编写模式，诸多优点不用多说。

最近尝试使用torchtext工具，这里想先说明的是，torchtext并不是pytorch所独有的，使用其它深度学习框架，torchtext仍然可以使用。

但是比较麻烦的是，并没有很好很全面的torchtext教程，给同学们入门造成了一定麻烦，这也是我写这篇文章的目的。

首先整体介绍一下torchtext的组件

torchtext包含以下组件：

Field :主要包含以下数据预处理的配置信息，比如指定分词方法，是否转成小写，起始字符，结束字符，补全字符以及词典等等

Dataset :继承自pytorch的Dataset，用于加载数据，提供了TabularDataset可以指点路径，格式，Field信息就可以方便的完成数据加载。同时torchtext还提供预先构建的常用数据集的Dataset对象，可以直接加载使用，splits方法可以同时加载训练集，验证集和测试集。

Iterator : 主要是数据输出的模型的迭代器，可以支持batch定制

1. Field

Field 包含一写文本处理的通用参数的设置，同时还包含一个词典对象，可以把文本数据表示成数字类型，进而可以把文本表示成需要的tensor类型

以下是Field对象包含的参数：

sequential: 是否把数据表示成序列，如果是False, 不能使用分词默认值: True.

use_vocab: 是否使用词典对象. 如果是False 数据的类型必须已经是数值类型. 默认值: True.

init_token: 每一条数据的起始字符默认值: None.

eos_token: 每条数据的结尾字符默认值: None.

fix_length: 修改每条数据的长度为该值，不够的用pad_token补全. 默认值: None.

tensor_type: 把数据转换成的tensor类型默认值: torch.LongTensor.

preprocessing:在分词之后和数值化之前使用的管道默认值: None.

postprocessing: 数值化之后和转化成tensor之前使用的管道默认值: None.

lower: 是否把数据转化为小写默认值: False.

tokenize: 分词函数. 默认值: str.split.

include_lengths: 是否返回一个已经补全的最小batch的元组和和一个包含每条数据长度的列表 . 默认值: False.

batch_first: Whether to produce tensors with the batch dimension first. 默认值: False.

pad_token: 用于补全的字符. 默认值: "pad>".

unk_token: 不存在词典里的字符. 默认值: "unk>".

pad_first: 是否补全第一个字符. 默认值: False.

重要的几个方法：

pad(minibatch): 在一个batch对齐每条数据

build_vocab(): 建立词典

numericalize(): 把文本数据数值化，返回tensor

简单的栗子如下，建一个Field对象

TEXT = data.Field(tokenize=data.get_tokenizer('spacy'), 
                  init_token='SOS>', eos_token='EOS>',lower=True)

2.Dataset

torchtext的Dataset是继承自pytorch的Dataset，提供了一个可以下载压缩数据并解压的方法（支持.zip, .gz, .tgz）

splits方法可以同时读取训练集，验证集，测试集

TabularDataset可以很方便的读取CSV, TSV, or JSON格式的文件，例子如下：

train, val, test = data.TabularDataset.splits(
        path='./data/', train='train.tsv',
        validation='val.tsv', test='test.tsv', format='tsv',
        fields=[('Text', TEXT), ('Label', LABEL)])

加载数据后可以建立词典，建立词典的时候可以使用与训练的word vector

TEXT.build_vocab(train, vectors="glove.6B.100d")

3. Iterator

Iterator是torchtext到模型的输出，它提供了我们对数据的一般处理方式，比如打乱，排序，等等，可以动态修改batch大小，这里也有splits方法可以同时输出训练集，验证集，测试集

参数如下：

dataset: 加载的数据集

batch_size: Batch 大小.

batch_size_fn: 产生动态的batch大小的函数

sort_key: 排序的key

train: 是否是一个训练集

repeat: 是否在不同epoch中重复迭代

shuffle: 是否打乱数据

sort: 是否对数据进行排序

sort_within_batch: batch内部是否排序

device: 建立batch的设备 -1:CPU ；0,1 ...：对应的GPU

使用方式如下：

train_iter, val_iter, test_iter = data.Iterator.splits(
        (train, val, test), sort_key=lambda x: len(x.Text),
        batch_sizes=(32, 256, 256), device=-1)

4.其他

torchtext提供常用文本数据集，并可以直接加载使用：

train,val,test = datasets.WikiText2.splits(text_field=TEXT)

现在包含的数据集包括：

Sentiment analysis: SST and IMDb
Question classification: TREC
Entailment: SNLI
Language modeling: WikiText-2
Machine translation: Multi30k, IWSLT, WMT14

完整例子如下，短短几行就把词典和数据batch做好了。

import spacy
import torch
from torchtext import data, datasets
spacy_en = spacy.load('en')
def tokenizer(text): # create a tokenizer function
    return [tok.text for tok in spacy_en.tokenizer(text)]
TEXT = data.Field(sequential=True, tokenize=tokenizer, lower=True, fix_length=150)
LABEL = data.Field(sequential=False, use_vocab=False)
train, val, test = data.TabularDataset.splits(
        path='./data/', train='train.tsv',
        validation='val.tsv', test='test.tsv', format='tsv',
        fields=[('Text', TEXT), ('Label', LABEL)])
TEXT.build_vocab(train, vectors="glove.6B.100d")
train_iter, val_iter, test_iter = data.Iterator.splits(
        (train, val, test), sort_key=lambda x: len(x.Text),
        batch_sizes=(32, 256, 256), device=-1)
vocab = TEXT.vocab

补充：使用TorchText处理我们自己的数据集

TorchText可以读取三种数据格式:json, tsv (tab separated values 制表分隔值)和csv(comma separated values 逗号分隔值)。

处理JSON数据

从json开始，你的数据必须是json行格式，也就是说，它必须是这样的:

{"name": "John", "location": "United Kingdom", "age": 42, "quote": ["i", "love", "the", "united kingdom"]}
{"name": "Mary", "location": "United States", "age": 36, "quote": ["i", "want", "more", "telescopes"]}

也就是说，每一行都是一个json对象。data/trian.json为例。

然后我们定义字段：

from torchtext import data
from torchtext import datasets
NAME = data.Field()
SAYING = data.Field()
PLACE = data.Field()

接下来，我们必须告诉TorchText哪个字段应用于json对象的哪个元素。

对于json数据，我们必须创建一个字典:

键与json对象的键匹配

值为元组，其中:

第一个元素成为batch对象的属性名

第二个元素是字段的名称

一些注意事项：

fields字典中键的顺序并不重要，只要它的键与json数据键匹配即可。

字段名不必与json对象中的键匹配，例如，我们使用PLACE来表示“location”字段。

当处理json数据时，并不是所有的键都必须使用，例如，我们没有使用“age”字段。

同样，如果json字段的值是一个字符串，那么将应用字段标记化(默认情况下是将字符串按空格分隔)，然而，如果值是一个列表，则不应用标记化。通常情况下，将数据标记为一个列表是一个好主意，这节省了时间，因为您不必等待TorchText来做这件事。

json字段的值不必是相同的类型。有些例子的“引号”可以是字符串，有些则是列表。标记化将只应用于那些以“引号”表示字符串的字符串。

如果你正在使用一个json字段，每个例子必须有一个该字段的实例，例如在这个例子中所有的例子必须有一个name，location和quote。但是，由于我们没有使用age字段，因此示例中没有age字段也没有关系。

fields = {'name': ('n', NAME), 'location': ('p', PLACE), 'quote': ('s', SAYING)}

现在，在训练循环中，我们可以通过数据迭代器进行迭代并且通过batch.n访问name，通过batch.p访问location，通过batch.s访问quote。

然后我们使用TabularDataset.splits函数创建我们的数据集（train_data和test_data）

path参数指定两个数据集中共同的顶级文件夹，train和test参数指定每个数据集的文件名，例如，这里的train数据集位于data/train.json。

我们告诉函数我们正在使用json数据，并将前面定义的fields字典传递给它。

train_data, test_data = data.TabularDataset.splits(
                            path = 'data',
                            train = 'train.json',
                            test = 'test.json',
                            format = 'json',
                            fields = fields
)

如果已经有验证数据集，则可以将其路径作为validation 参数传递。

train_data, valid_data, test_data = data.TabularDataset.splits(
                                        path = 'data',
                                        train = 'train.json',
                                        validation = 'valid.json',
                                        test = 'test.json',
                                        format = 'json',
                                        fields = fields
)

然后，我们可以查看一个示例，以确保它已经正确地工作。

请注意字段名(n、p和s)是如何与fields字典中定义的内容匹配的。

还请注意p中的单词“United Kingdom”是如何被标记化分开的，而s中的“United Kingdom”则没有。这是由于前面提到的原因，TorchText假设任何作为列表的json字段都已经被标记化了，并且不再应用进一步的标记化。

print(vars(train_data[0]))
{'n': ['John'], 'p': ['United', 'Kingdom'], 's': ['i', 'love', 'the', 'united kingdom']}

现在我们可以使用train_data、test_data和valid_data来构建词汇表并创建迭代器。我们可以使用batch.n, batch.p and batch.s访问分别表示names、places和sayings的所有属性。

处理CSV/TSV数据

csv和tsv非常相似，只是csv的元素用逗号分隔，而tsv用制表符分隔。

用上面的例子，我们的tsv数据将会是:

name    location    age quote
John    United Kingdom  42  i love the united kingdom
Mary    United States   36  i want more telescopes

也就是说，每一行的元素都由制表符分隔，每行有一个示例。第一行通常是标题(即每个列的名称)，但你的数据也可能没有标题。

tsv或csv数据中不能有列表。

字段的定义方式与json稍有不同。现在我们使用一个元组列表，其中每个元素也是一个元组。这些内部元组的第一个元素将成为batch对象的属性名，第二个元素是字段名。

与json数据不同，元组必须与tsv数据中的顺序相同。因此，当跳过一列数据时，需要使用一个none元组，如果没有，那么我们的SAYING字段将应用到tsv数据的age列，而quote列将不会被使用。

但是，如果您只想使用name和age列，您可以只使用两个元组，因为它们是前两个列。

我们更改TabularDataset以读取正确的.tsv文件，并将format参数更改为'tsv'。

如果你的数据有一个标题头，我们的数据就有，它必须通过传递skip_header = True来跳过。如果没有，TorchText会认为头部是一个例子。默认情况下，skip_header为False。

fields = [('n', NAME), ('p', PLACE), (None, None), ('s', SAYING)]

train_data, valid_data, test_data = data.TabularDataset.splits(
                                        path = 'data',
                                        train = 'train.tsv',
                                        validation = 'valid.tsv',
                                        test = 'test.tsv',
                                        format = 'tsv',
                                        fields = fields,
                                        skip_header = True
)

print(vars(train_data[0]))
{'n': ['John'], 'p': ['United', 'Kingdom'], 's': ['i', 'love', 'the', 'united', 'kingdom']}

最后，我们将讨论csv文件。

这与tsv文件几乎完全相同，只是格式参数设置为“csv”。

fields = [('n', NAME), ('p', PLACE), (None, None), ('s', SAYING)]
train_data, valid_data, test_data = data.TabularDataset.splits(
                                        path = 'data',
                                        train = 'train.csv',
                                        validation = 'valid.csv',
                                        test = 'test.csv',
                                        format = 'csv',
                                        fields = fields,
                                        skip_header = True
)

print(vars(train_data[0]))

{'n': ['John'], 'p': ['United', 'Kingdom'], 's': ['i', 'love', 'the', 'united', 'kingdom']}

为什么JSON好于CSV/TSV？

csv或tsv数据无法存储列表。这意味着数据不能被标记化，因此每次运行通过TorchText读取数据的Python脚本时，数据都必须被标记化。使用高级的标记器，如spaCy标记器，需要不可忽略的大量时间。因此，最好是对数据集进行标记并以json行格式存储它们。

如果tsv数据中出现制表符，或csv数据中出现逗号，TorchText会认为它们是列之间的分隔符。这将导致数据被错误地解析。最糟糕的是，TorchText不会提醒你这一点，因为它无法分辨字段中的制表符/逗号和作为分隔符的制表符/逗号之间的区别。由于json数据本质上是一个字典，您可以通过它的键访问字段中的数据，所以不必担心“surprise”分隔符。

迭代器

使用上面的任何数据集，我们就可以构建词汇表并创建迭代器。

NAME.build_vocab(train_data)
SAYING.build_vocab(train_data)
PLACE.build_vocab(train_data)

然后，我们可以在定义批处理大小和设备后，创建迭代器。

默认情况下，训练数据在每个epoch进行洗牌，但验证/测试数据是排序的。然而，TorchText不知道该用什么来排序我们的数据，如果我们不告诉它，它就会抛出错误。

有两种方法来处理这个问题，你可以通过传递sort = False来告诉迭代器不要对验证/测试数据进行排序，或者你可以通过传递sort_key来告诉迭代器如何对数据进行排序。sort key是一个函数，它返回一个用于对数据进行排序的键。例如，lambda x: x.s将根据它们的s属性(即它们的quote)对示例进行排序。理想情况下，您希望使用sort key，因为BucketIterator将能够对示例进行排序，然后最小化每个批处理中的填充量。

然后，我们可以遍历迭代器来获得批量数据。注意，默认情况下TorchText的批处理维度是在第二维。

import torch
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
BATCH_SIZE = 1
train_iterator, valid_iterator, test_iterator = data.BucketIterator.splits(
    (train_data, valid_data, test_data),
    sort = False, #don't sort test/validation data
    batch_size=BATCH_SIZE,
    device=device)
train_iterator, valid_iterator, test_iterator = data.BucketIterator.splits(
    (train_data, valid_data, test_data),
    sort_key = lambda x: x.s, #sort by s attribute (quote)
    batch_size=BATCH_SIZE,
    device=device)
print('Train:')
for batch in train_iterator:
    print(batch)
    
print('Valid:')
for batch in valid_iterator:
    print(batch)
    
print('Test:')
for batch in test_iterator:
    print(batch)

Train:
[torchtext.data.batch.Batch of size 1]
	[.n]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.p]:[torch.cuda.LongTensor of size 2x1 (GPU 0)]
	[.s]:[torch.cuda.LongTensor of size 5x1 (GPU 0)]
[torchtext.data.batch.Batch of size 1]
	[.n]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.p]:[torch.cuda.LongTensor of size 2x1 (GPU 0)]
	[.s]:[torch.cuda.LongTensor of size 4x1 (GPU 0)]
Valid:
[torchtext.data.batch.Batch of size 1]
	[.n]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.p]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.s]:[torch.cuda.LongTensor of size 2x1 (GPU 0)]
[torchtext.data.batch.Batch of size 1]
	[.n]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.p]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.s]:[torch.cuda.LongTensor of size 4x1 (GPU 0)]
Test:
[torchtext.data.batch.Batch of size 1]
	[.n]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.p]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.s]:[torch.cuda.LongTensor of size 3x1 (GPU 0)]
[torchtext.data.batch.Batch of size 1]
	[.n]:[torch.cuda.LongTensor of size 1x1 (GPU 0)]
	[.p]:[torch.cuda.LongTensor of size 2x1 (GPU 0)]
	[.s]:[torch.cuda.LongTensor of size 3x1 (GPU 0)]

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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