3.GitHub pytorch sentiment analysis(Fast版)

本文介绍如何使用 FastText 模型进行文本分类任务。通过计算 n-grams 并利用预训练词向量,该模型在 IMDB 电影评论数据集上实现了高效准确的分类效果。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

FastTest model

这篇文章会采用"FastText"模型,跟之前的LSTM的84%左右的精确度相比差不多,但速度快上一倍,只需要训练LSTM一般的模型参数。

1.准备数据

FastText 模型中有个重要概念,是计算输入句子的n-grams,并将其附在句子的后面。这里我们使用bi-grams,就是一个句子里连续的一对词

例如句子是 “how are you ?”, bi-gram:“how are”, “are you” and “you ?”.

创建一个generate_bigrams函数,接收的是一个已经tokenized的句子,计算bi-grams然后将其放到tokenized list的最后。

def generate_bigrams(x):
    n_grams = set(zip(*[x[i:] for i in range(2)]))
    for n_gram in n_grams:
        x.append(' '.join(n_gram))
    return x

举例:

generate_bigrams(['This', 'film', 'is', 'terrible'])

[‘This’, ‘film’, ‘is’, ‘terrible’, ‘This film’, ‘film is’, ‘is terrible’]

TorchText Fields对象有一个preprocessing参数。如果将一个函数传进这个参数,那么一个句子被tokenized后,且在被数字化成索引向量之前,会被应用上传进去的那个函数
因为我们不是用的RNN,不需要对句子进行pad操作,因此不需要设置include_lengths = True.

import torch
from torchtext import data
from torchtext import datasets

SEED = 1234

torch.manual_seed(SEED)
torch.backends.cudnn.deterministic = True

TEXT = data.Field(tokenize = 'spacy', preprocessing = generate_bigrams) # 预处理步骤
LABEL = data.LabelField(dtype = torch.float)

加载数据

import random

train_data, test_data = datasets.IMDB.splits(TEXT, LABEL)

train_data, valid_data = train_data.split(random_state = random.seed(SEED))

构建单词表和预训练的词向量

MAX_VOCAB_SIZE = 25_000

TEXT.build_vocab(train_data, 
                 max_size = MAX_VOCAB_SIZE, 
                 vectors = "glove.6B.100d", 
                 unk_init = torch.Tensor.normal_)

LABEL.build_vocab(train_data)

构建迭代器

BATCH_SIZE = 64

device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')

train_iterator, valid_iterator, test_iterator = data.BucketIterator.splits(
    (train_data, valid_data, test_data), 
    batch_size = BATCH_SIZE, 
    device = device)

构建模型

这个模型有较少的训练参数,因为它只有两层,嵌入层和线性连接层 embedding layer and the linear layer.

首先模型先用Embedding layer(蓝色的那层)为每个词计算word embedding,然后计算所有词的平均word embedding(粉红色),将结果输进线性连接层(白色)。
在这里插入图片描述
使用的是avg_pool2d来做平均,

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class FastText(nn.Module):
    def __init__(self, vocab_size, embedding_dim, output_dim, pad_idx):
        
        super().__init__()
        
        self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, embedding_dim, padding_idx=pad_idx)
        
        self.fc = nn.Linear(embedding_dim, output_dim)
        
    def forward(self, text):
        
        #text = [sent len, batch size]
        
        embedded = self.embedding(text)
                
        #embedded = [sent len, batch size, emb dim]
        
        embedded = embedded.permute(1, 0, 2)
        
        #embedded = [batch size, sent len, emb dim]
        
        pooled = F.avg_pool2d(embedded, (embedded.shape[1], 1)).squeeze(1)  # 池化层
        
        #pooled = [batch size, embedding_dim]
                
        return self.fc(pooled)

构建FastText实例

INPUT_DIM = len(TEXT.vocab)
EMBEDDING_DIM = 100
OUTPUT_DIM = 1
PAD_IDX = TEXT.vocab.stoi[TEXT.pad_token]

model = FastText(INPUT_DIM, EMBEDDING_DIM, OUTPUT_DIM, PAD_IDX)

查看有多少模型参数


def count_parameters(model):
    return sum(p.numel() for p in model.parameters() if p.requires_grad)

print(f'The model has {count_parameters(model):,} trainable parameters')

将预训练词向量传进模型中的embedding layer层

pretrained_embeddings = TEXT.vocab.vectors

model.embedding.weight.data.copy_(pretrained_embeddings)

将unknown 和 pad token 的词向量初始化为0

UNK_IDX = TEXT.vocab.stoi[TEXT.unk_token]

model.embedding.weight.data[UNK_IDX] = torch.zeros(EMBEDDING_DIM)
model.embedding.weight.data[PAD_IDX] = torch.zeros(EMBEDDING_DIM)

设置优化器

import torch.optim as optim

optimizer = optim.Adam(model.parameters())

定义损失函数

criterion = nn.BCEWithLogitsLoss()

model = model.to(device)
criterion = criterion.to(device)

定义求精确度的函数

def binary_accuracy(preds, y):
    """
    Returns accuracy per batch, i.e. if you get 8/10 right, this returns 0.8, NOT 8
    """

    #round predictions to the closest integer
    rounded_preds = torch.round(torch.sigmoid(preds))
    correct = (rounded_preds == y).float() #convert into float for division 
    acc = correct.sum() / len(correct)
    return acc

定义训练函数

因为我们不再使用dropout 所以我们不需要调用model.train()

def train(model, iterator, optimizer, criterion):
    
    epoch_loss = 0
    epoch_acc = 0
    
    model.train()
    
    for batch in iterator:      
        optimizer.zero_grad()
        predictions = model(batch.text).squeeze(1)
        loss = criterion(predictions, batch.label)
        acc = binary_accuracy(predictions, batch.label)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        epoch_loss += loss.item()
        epoch_acc += acc.item()
        
    return epoch_loss / len(iterator), epoch_acc / len(iterator)

定义评估函数

尽管不需要dropout,还是调用model.eval()

def evaluate(model, iterator, criterion):    
    epoch_loss = 0
    epoch_acc = 0
    
    model.eval()
    
    with torch.no_grad():
    
        for batch in iterator:
            predictions = model(batch.text).squeeze(1)
            loss = criterion(predictions, batch.label)
            acc = binary_accuracy(predictions, batch.label)
            epoch_loss += loss.item()
            epoch_acc += acc.item()
        
    return epoch_loss / len(iterator), epoch_acc / len(iterator)

定义计算耗时的函数

import time

def epoch_time(start_time, end_time):
    elapsed_time = end_time - start_time
    elapsed_mins = int(elapsed_time / 60)
    elapsed_secs = int(elapsed_time - (elapsed_mins * 60))
    return elapsed_mins, elapsed_secs

训练模型

N_EPOCHS = 5

best_valid_loss = float('inf')

for epoch in range(N_EPOCHS):

    start_time = time.time()
    
    train_loss, train_acc = train(model, train_iterator, optimizer, criterion)
    valid_loss, valid_acc = evaluate(model, valid_iterator, criterion)
    
    end_time = time.time()

    epoch_mins, epoch_secs = epoch_time(start_time, end_time)
    
    if valid_loss < best_valid_loss:
        best_valid_loss = valid_loss
        torch.save(model.state_dict(), 'tut3-model.pt')
    
    print(f'Epoch: {epoch+1:02} | Epoch Time: {epoch_mins}m {epoch_secs}s')
    print(f'\tTrain Loss: {train_loss:.3f} | Train Acc: {train_acc*100:.2f}%')
    print(f'\t Val. Loss: {valid_loss:.3f} |  Val. Acc: {valid_acc*100:.2f}%')

Epoch: 01 | Epoch Time: 0m 6s
Train Loss: 0.688 | Train Acc: 57.23%
Val. Loss: 0.642 | Val. Acc: 71.23%
Epoch: 02 | Epoch Time: 0m 5s
Train Loss: 0.653 | Train Acc: 71.09%
Val. Loss: 0.521 | Val. Acc: 75.28%
Epoch: 03 | Epoch Time: 0m 5s
Train Loss: 0.582 | Train Acc: 78.88%
Val. Loss: 0.449 | Val. Acc: 79.64%
Epoch: 04 | Epoch Time: 0m 5s
Train Loss: 0.505 | Train Acc: 83.15%
Val. Loss: 0.426 | Val. Acc: 82.12%
Epoch: 05 | Epoch Time: 0m 5s
Train Loss: 0.439 | Train Acc: 85.99%
Val. Loss: 0.397 | Val. Acc: 85.02%

测试


model.load_state_dict(torch.load('tut3-model.pt'))

test_loss, test_acc = evaluate(model, test_iterator, criterion)

print(f'Test Loss: {test_loss:.3f} | Test Acc: {test_acc*100:.2f}%')

实际预测

要实际预测时,对输入的句子添加bi-grams

import spacy
nlp = spacy.load('en')

def predict_sentiment(model, sentence):
    model.eval()
    tokenized = generate_bigrams([tok.text for tok in nlp.tokenizer(sentence)])
    indexed = [TEXT.vocab.stoi[t] for t in tokenized]
    tensor = torch.LongTensor(indexed).to(device)
    tensor = tensor.unsqueeze(1)
    prediction = torch.sigmoid(model(tensor))
    return prediction.item()
predict_sentiment(model, "This film is terrible")
<think>嗯,用户想了解多模态情感分析中的特定于模态的残差网络的研究和实现。首先,我需要确认什么是多模态情感分析。根据引用[1],它涉及处理来自不同模态(如文本、音频、视觉)的数据,用于分析情感,尤其是在模态缺失的情况下。然后,特定于模态的残差网络可能指的是针对每个模态设计的网络结构,可能结合残差连接来提升性能。 接下来,我需要回顾现有的研究。残差网络在计算机视觉中应用广泛,如ResNet和DenseNet(引用[2]),它们在处理深层网络时有效缓解梯度消失问题。多模态领域,可能需要将这种结构应用于不同模态的特征提取。例如,每个模态可能有独立的残差网络分支,再融合特征。 然后,用户提到的实现方面,可能需要参考具体的代码库。引用[1]中的EMMR项目可能包含相关实现,可以查看其GitHub代码。此外,引用[3]提到多模态预训练和跨模态检索,可能涉及模态特定网络的设计,比如如何处理不同模态的特征。 需要解决的问题包括:1)如何设计模态特定的残差网络结构;2)如何融合不同模态的特征;3)如何处理模态缺失或不确定性。例如,在EMMR中,可能使用特定模态的残差块来处理各自的数据,再通过某种机制(如注意力)进行融合,同时应对缺失模态的情况。 此外,用户可能需要了解现有的模型架构,比如是否每个模态都有独立的ResNet分支,以及如何在这些分支中加入残差连接。引用[2]提到的多尺度模型设计、FPN等可能对多模态特征融合有借鉴意义。比如,使用不同层级的特征进行融合,或者使用跨模态的注意力机制。 在实现上,可能需要使用深度学习框架如PyTorch或TensorFlow,构建多个残差网络分支,每个处理一个模态,然后将特征合并。同时,需要处理模态缺失的情况,比如通过零填充或生成替代特征,如引用[1]中的方法。 可能的相关问题包括优化方法、处理模态缺失的技术、如何评估模型性能等。需要确保回答结构清晰,步骤明确,并引用相关的文献和代码资源。</think>### 多模态情感分析中特定于模态的残差网络研究及实现 #### 1. 研究背景 多模态情感分析通过融合文本、语音、视觉等模态数据提升情感识别准确性[^1]。特定于模态的残差网络(Modality-Specific Residual Networks)通过以下方式优化模型性能: - **模态独立性**:为每个模态设计独立的残差分支,避免特征混淆。 - **梯度优化**:利用残差连接(如ResNet[^2])缓解梯度消失问题,增强深层网络训练稳定性。 - **动态特征融合**:在高层通过注意力机制或加权融合整合多模态特征[^3]。 #### 2. 核心实现方法 ##### 2.1 残差网络设计 - **单模态分支**:每个模态(如文本、音频、视觉)使用独立的残差块。例如: ```python class ModalityResNet(nn.Module): def __init__(self, input_dim): super().__init__() self.res_layer1 = nn.Sequential( nn.Linear(input_dim, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 256) # 残差跳跃连接 ) def forward(self, x): residual = x x = self.res_layer1(x) x += residual # 残差相加 return x ``` - **跨模态特征对齐**:通过对比学习或对抗训练(如DANN)对齐不同模态的特征分布。 ##### 2.2 多模态融合策略 - **加权融合**:为每个模态分配动态权重,例如基于注意力机制: $$ \alpha_i = \text{softmax}(W \cdot h_i + b) $$ 其中$h_i$为第$i$个模态的特征,$\alpha_i$为其权重。 - **层级融合**:在残差块的不同层级进行特征交互(参考FPN[^2]的多尺度设计)。 #### 3. 研究进展 - **EMMR框架**:提出模态不确定性的鲁棒性处理方法,通过残差网络补偿缺失模态的影响。 - **跨模态预训练**:结合BERT等模型,在残差结构中嵌入跨模态对齐模块(如CLIP风格对比学习)。 #### 4. 实现示例(基于PyTorch) ```python class MultimodalResNet(nn.Module): def __init__(self, text_dim, audio_dim, visual_dim): super().__init__() # 模态特定残差分支 self.text_net = ModalityResNet(text_dim) self.audio_net = ModalityResNet(audio_dim) self.visual_net = ModalityResNet(visual_dim) # 融合层 self.attention = nn.MultiheadAttention(embed_dim=256, num_heads=4) self.classifier = nn.Linear(256, 3) # 情感分类 def forward(self, text, audio, visual): text_feat = self.text_net(text) audio_feat = self.audio_net(audio) visual_feat = self.visual_net(visual) # 跨模态注意力融合 fused, _ = self.attention(text_feat, audio_feat, visual_feat) return self.classifier(fused) ``` #### 5. 关键挑战与优化 - **模态缺失处理**:在残差网络中引入零初始化掩码或生成式补全(如GAN)。 - **计算效率**:使用分组卷积或模型蒸馏降低多分支计算开销。
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