【NLP实践】使用Pytorch进行文本分类——Transformer

本文介绍如何使用Transformer模型的编码部分进行文本分类任务,包括自注意力模型的构建、编码层及多头注意力机制的实现,以及与BILSTM+Attention模型的对比分析。

前言

文本分类不是生成式的任务,因此只使用Transformer的编码部分(Encoder)进行特征提取。如果不熟悉Transformer模型的原理请移步

网络结构

在这里插入图片描述

代码实现

  • 自注意力模型:
class TextSlfAttnNet(nn.Module):
    ''' 自注意力模型 '''

    def __init__(self,
                 config: TextSlfAttnConfig,
                 char_size=5000,
                 pinyin_size=5000):
        super(TextSlfAttnNet, self).__init__()
        # 字向量
        self.char_embedding = nn.Embedding(char_size, config.embedding_size)
        # 拼音向量
        self.pinyin_embedding = nn.Embedding(pinyin_size, config.embedding_size)
        # 位置向量
        self.pos_embedding = nn.Embedding.from_pretrained(
            get_sinusoid_encoding_table(config.max_sen_len, config.embedding_size, padding_idx=0),
            freeze=True)

        self.layer_stack = nn.ModuleList([
            EncoderLayer(config.embedding_size, config.hidden_dims, config.n_heads, config.k_dims, config.v_dims, dropout=config.keep_dropout)
            for _ in range(config.hidden_layers)
        ])

        self.fc_out = nn.Sequential(
            nn.Dropout(config.keep_dropout),
            nn.Linear(config.embedding_size, config.hidden_dims),
            nn.ReLU(inplace=True),
            nn.Dropout(config.keep_dropout),
            nn.Linear(config.hidden_dims, config.num_classes),

        )


    def forward(self, char_id, pinyin_id, pos_id):
        char_inputs = self.char_embedding(char_id)
        pinyin_iputs = self.pinyin_embedding(pinyin_id)

        sen_inputs = torch.cat((char_inputs, pinyin_iputs), dim=1)
        # sentence_length = sen_inputs.size()[1]
        # pos_id = torch.LongTensor(np.array([i for i in range(sentence_length)]))
        pos_inputs = self.pos_embedding(pos_id)
        # batch_size * sen_len * embedding_size
        inputs = sen_inputs + pos_inputs

        for layer in self.layer_stack:
            inputs, _ = layer(inputs)

        enc_outs = inputs.permute(0, 2, 1)
        enc_outs = torch.sum(enc_outs, dim=-1)
        return self.fc_out(enc_outs)
  • 编码层(EncoderLayer):
class EncoderLayer(nn.Module):
    '''编码层'''

    def __init__(self, d_model, d_inner, n_head, d_k, d_v, dropout=0.1):
        '''

        :param d_model: 模型输入维度
        :param d_inner: 前馈神经网络隐层维度
        :param n_head:  多头注意力
        :param d_k:     键向量
        :param d_v:     值向量
        :param dropout:
        '''
        super(EncoderLayer, self).__init__()
        self.slf_attn = MultiHeadAttention(n_head, d_model, d_k, d_v, dropout=dropout)
        self.pos_ffn = PositionwiseFeedForward(d_model, d_inner, dropout=dropout)

    def forward(self, enc_input, non_pad_mask=None, slf_attn_mask=None):
        '''

        :param enc_input:
        :param non_pad_mask:
        :param slf_attn_mask:
        :return:
        '''
        enc_output, enc_slf_attn = self.slf_attn(enc_input, enc_input, enc_input, mask=slf_attn_mask)
        if non_pad_mask is not None:
            enc_output *= non_pad_mask

        enc_output = self.pos_ffn(enc_output)
        if non_pad_mask is not None:
            enc_output *= non_pad_mask
        return enc_output, enc_slf_attn
  • 多头注意力(MultiHeadAttention
class MultiHeadAttention(nn.Module):
    '''
        “多头”注意力模型
    '''

    def __init__(self, n_head, d_model, d_k, d_v, dropout=0.1):
        '''

        :param n_head: “头”数
        :param d_model: 输入维度
        :param d_k: 键向量维度
        :param d_v: 值向量维度
        :param dropout:
        '''
        super(MultiHeadAttention, self).__init__()

        self.n_head = n_head
        self.d_k = d_k
        self.d_v = d_v
        # 产生 查询向量q,键向量k, 值向量v
        self.w_qs = nn.Linear(d_model, n_head * d_k)
        self.w_ks = nn.Linear(d_model, n_head * d_k)
        self.w_vs = nn.Linear(d_model, n_head * d_v)

        nn.init.normal_(self.w_qs.weight, mean=0, std=np.sqrt(2.0 / (d_model + d_k)))
        nn.init.normal_(self.w_ks.weight, mean=0, std=np.sqrt(2.0 / (d_model + d_k)))
        nn.init.normal_(self.w_vs.weight, mean=0, std=np.sqrt(2.0 / (d_model + d_v)))

        self.attention = ScaledDotProductAttention(temperature=np.power(d_k, 0.5))
        self.layer_normal = nn.LayerNorm(d_model)

        self.fc = nn.Linear(n_head * d_v, d_model)
        nn.init.xavier_normal_(self.fc.weight)

        self.dropout = nn.Dropout(dropout)

    def forward(self, q, k, v, mask=None):
        '''
        计算多头注意力
        :param q: 用于产生  查询向量
        :param k: 用于产生  键向量
        :param v:  用于产生 值向量
        :param mask:
        :return:
        '''
        d_k, d_v, n_head = self.d_k, self.d_v, self.n_head

        sz_b, len_q, _ = q.size()
        sz_b, len_k, _ = k.size()
        sz_b, len_v, _ = v.size()

        residual = q

        q = self.w_qs(q).view(sz_b, len_q, n_head, d_k)
        k = self.w_ks(k).view(sz_b, len_k, n_head, d_k)
        v = self.w_vs(v).view(sz_b, len_v, n_head, d_v)

        # (n*b) x lq x dk
        q = q.permute(2, 0, 1, 3).contiguous().view(-1, len_q, d_k)
        # (n*b) x lk x dk
        k = k.permute(2, 0, 1, 3).contiguous().view(-1, len_k, d_k)
        # (n*b) x lv x dv
        v = v.permute(2, 0, 1, 3).contiguous().view(-1, len_v, d_v)

        # mask = mask.repeat(n_head, 1, 1)  # (n*b) x .. x ..
        #
        output, attn = self.attention(q, k, v, mask=None)
        # (n_heads * batch_size) * lq * dv
        output = output.view(n_head, sz_b, len_q, d_v)
        # batch_size * len_q * (n_heads * dv)
        output = output.permute(1, 2, 0, 3).contiguous().view(sz_b, len_q, -1)
        output = self.dropout(self.fc(output))
        output = self.layer_normal(output + residual)
        return output, attn
  • 前馈神经网络(PositionwiseFeedForward
class PositionwiseFeedForward(nn.Module):
    '''
        前馈神经网络
    '''

    def __init__(self, d_in, d_hid, dropout=0.1):
        '''

        :param d_in:    输入维度
        :param d_hid:   隐藏层维度
        :param dropout:
        '''
        super(PositionwiseFeedForward, self).__init__()
        self.w_1 = nn.Conv1d(d_in, d_hid, 1)
        self.w_2 = nn.Conv1d(d_hid, d_in, 1)
        self.layer_normal = nn.LayerNorm(d_in)
        self.dropout = nn.Dropout(dropout)

    def forward(self, x):
        residual = x
        output = x.transpose(1, 2)
        output = self.w_2(F.relu(self.w_1(output)))
        output = output.transpose(1, 2)
        output = self.dropout(output)
        output = self.layer_normal(output + residual)
        return output
  • 位置函数
def get_sinusoid_encoding_table(n_position, d_hid, padding_idx=None):
    '''
    计算位置向量
    :param n_position:      位置的最大值
    :param d_hid:           位置向量的维度,和字向量维度相同(要相加求和)
    :param padding_idx: 
    :return: 
    '''

    def cal_angle(position, hid_idx):
        return position / np.power(10000, 2 * (hid_idx // 2) / d_hid)

    def get_posi_angle_vec(position):
        return [cal_angle(position, hid_j) for hid_j in range(d_hid)]

    sinusoid_table = np.array([get_posi_angle_vec(pos_i) for pos_i in range(n_position)])

    sinusoid_table[:, 0::2] = np.sin(sinusoid_table[:, 0::2])  # dim 2i
    sinusoid_table[:, 1::2] = np.cos(sinusoid_table[:, 1::2])  # dim 2i+1

    if padding_idx is not None:
        # zero vector for padding dimension
        sinusoid_table[padding_idx] = 0.

    return torch.FloatTensor(sinusoid_table)

实践经验

在分类任务中,与BILSTM+ATTENTION链接)相比:

  1. 模型比LSTM大很多,同样的任务LSTM模型6M左右,Transformer模型55M;
  2. 收敛速度比较慢;
  3. 超参比较多,不易调参,但同时也意味着弹性比较大;
  4. 效果和BILSTM模型差不多;

相关文章

  • 使用TextCNN模型进行文本分类(链接);
  • 使用BILSTM+ATTENTION模型进行文本分类(链接
06-22
### 得物技术栈及开发者文档分析 得物作为一家专注于潮流商品的电商平台,其技术栈和开发者文档主要围绕电商平台的核心需求展开。以下是对得物技术栈及相关开发资源的详细解析: #### 1. 技术栈概述 得物的技术栈通常会涵盖前端、后端、移动应用开发以及大数据处理等多个领域。以下是可能涉及的主要技术栈[^3]: - **前端开发**: 前端技术栈可能包括现代框架如 React 或 Vue.js,用于构建高效、响应式的用户界面。此外,还会使用 Webpack 等工具进行模块化打包和优化。 - **后端开发**: 后端技术栈可能采用 Java Spring Boot 或 Node.js,以支持高并发和分布式架构。数据库方面,MySQL 和 Redis 是常见的选择,分别用于关系型数据存储和缓存管理。 - **移动应用开发**: 得物的移动应用开发可能基于原生技术(如 Swift/Kotlin)或跨平台框架(如 Flutter)。这有助于确保移动端应用的性能和用户体验一致性。 - **大数据云计算**: 在大数据处理方面,得物可能会使用 Hadoop 或 Spark 进行数据挖掘和分析。同时,依托云服务提供商(如阿里云或腾讯云),实现弹性扩展和资源优化。 #### 2. 开发者文档分析 类似于引用中提到的 Adobe 开发者文档模板[^2],得物也可能提供一套完整的开发者文档体系,以支持内部团队协作和外部开发者接入。以下是开发者文档可能包含的内容: - **API 文档**: 提供 RESTful API 或 GraphQL 的详细说明,帮助开发者快速集成得物的功能模块,例如商品搜索、订单管理等。 - **SDK 集成指南**: 针对不同平台(如 iOS、Android 或 Web)提供 SDK 下载和集成教程,简化第三方应用的开发流程。 - **技术博客**: 分享得物在技术实践中的经验成果,例如如何优化图片加载速度、提升应用性能等。 - **开源项目**: 得物可能将部分技术成果开源,供社区开发者学习和贡献。这不仅有助于提升品牌形象,还能吸引更多优秀人才加入。 #### 3. 示例代码 以下是一个简单的示例代码,展示如何通过 RESTful API 调用得物的商品搜索功能(假设接口已存在): ```python import requests def search_items(keyword, page=1): url = "https://api.dewu.com/v1/items/search" headers = { "Authorization": "Bearer YOUR_ACCESS_TOKEN", "Content-Type": "application/json" } params = { "keyword": keyword, "page": page, "size": 10 } response = requests.get(url, headers=headers, params=params) if response.status_code == 200: return response.json() else: return {"error": "Failed to fetch data"} # 调用示例 result = search_items("Air Jordan", page=1) print(result) ``` 此代码片段展示了如何通过 Python 请求得物的 API,并获取指定关键词的商品列表。 --- ###
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