机器学习 / A LEAF IN THE GARDEN
语言模型
机器学习 · 动手深度学习。来自 Daily Learning 的学习笔记。
简介
给定文本序列 ,语言模型估计联合概率 。
- 做预训练模型
- 自回归生成文本
- 比较文本常见度
计数建模
假设序列长度为 2, 序列长度为 ,词元 出现次数为 , 后接 出现次数为 。
n 元语法(n-gram)
序列很长时,文本量不够大导致 很小,甚至为 0。使用马尔可夫假设,只考虑前几个词元。
- 一元语法
- 二元语法
- 三元语法
- n 元语法
实现
代码 4 · In [1]
import torch
import random
import util
查看最流行的词
代码 6 · In [3]
tokens = util.tokenize(util.data.read_time_machine())
corpus = [token for line in tokens for token in line]
vocab = util.Vocab(tokens)
vocab.token_freqs[:10]
已保存输出
[('the', 2261),
('i', 1267),
('and', 1245),
('of', 1155),
('a', 816),
('to', 695),
('was', 552),
('in', 541),
('that', 443),
('my', 440)]最流行的叫“停用词”,在文本中出现频率很高,但对文本理解没有帮助。常见的停用词有“the”、“a”、“is”等。画出词频图。
代码 8 · In [4]
freqs = [freq for _, freq in vocab.token_freqs]
# 用 log-log 图画出词频分布
util.plot(freqs, xlabel='token: x', ylabel='frequency: n(x)', xscale='log', yscale='log')
看看各种 token 组合的概率
代码 10 · In [12]
bigram_tokens = [pair for pair in zip(corpus[:-1], corpus[1:])]
bigram_vocab = util.Vocab(bigram_tokens)
bigram_vocab.token_freqs[:10]
已保存输出
[(('of', 'the'), 309),
(('in', 'the'), 169),
(('i', 'had'), 130),
(('i', 'was'), 112),
(('and', 'the'), 109),
(('the', 'time'), 102),
(('it', 'was'), 99),
(('to', 'the'), 85),
(('as', 'i'), 78),
(('of', 'a'), 73)]代码 11 · In [13]
qqq trigram_tokens = [pair for pair in zip(corpus[:-2], corpus[1:-1], corpus[2:])]
trigram_vocab = util.Vocab(trigram_tokens)
trigram_vocab.token_freqs[:10]
已保存输出
[(('the', 'time', 'traveller'), 59),
(('the', 'time', 'machine'), 30),
(('the', 'medical', 'man'), 24),
(('it', 'seemed', 'to'), 16),
(('it', 'was', 'a'), 15),
(('here', 'and', 'there'), 15),
(('seemed', 'to', 'me'), 14),
(('i', 'did', 'not'), 14),
(('i', 'saw', 'the'), 13),
(('i', 'began', 'to'), 13)]代码 12 · In [14]
bigram_freqs = [freq for _, freq in bigram_vocab.token_freqs]
trigram_freqs = [freq for _, freq in trigram_vocab.token_freqs]
util.plot([freqs, bigram_freqs, trigram_freqs],
legend=['unigram', 'bigram', 'trigram'],
xlabel='token: x', ylabel='frequency: n(x)',
xscale='log', yscale='log')
随机采样,每个样本是原始文本的任意子序列,生成小批量。
代码 14 · In [16]
def seg_data_iter_random(corpus, batch_size, num_steps):
"""使用随机采样生成小批量子序列
:param corpus: 文本序列
:param batch_size: 小批量的样本数
:param num_steps: 每个样本的时间步数
"""
# 随机偏移量,保证每次数据切块不一样
corpus = corpus[random.randint(0, num_steps - 1):]
# 子序列数量,-1 因为考虑标签
num_subseqs = (len(corpus) - 1) // num_steps
# 长度为 num_steps 的子序列的起始索引
initial_indices = list(range(0, num_subseqs * num_steps, num_steps))
# 随机打乱起始索引
random.shuffle(initial_indices)
def data(pos):
"""根据索引返回长度为 num_steps 的序列"""
return corpus[pos: pos + num_steps]
num_batches = num_subseqs // batch_size # 小批量数量
for i in range(0, batch_size * num_batches, batch_size): # 每次取 batch_size 个子序列
initial_indices_per_batch = initial_indices[i: i + batch_size] # 每个小批量的起始索引
X = [data(j) for j in initial_indices_per_batch] # 每个小批量的输入
Y = [data(j + 1) for j in initial_indices_per_batch] # 每个小批量的标签(输入右移一位)
yield torch.tensor(X), torch.tensor(Y)
测试一下
代码 16 · In [17]
my_seq = list(range(30))
for X, Y in seg_data_iter_random(my_seq, batch_size=2, num_steps=5):
print('X:', X, '\nY:', Y, '\n')
已保存输出
X: tensor([[24, 25, 26, 27, 28],
[ 4, 5, 6, 7, 8]])
Y: tensor([[25, 26, 27, 28, 29],
[ 5, 6, 7, 8, 9]])
X: tensor([[19, 20, 21, 22, 23],
[ 9, 10, 11, 12, 13]])
Y: tensor([[20, 21, 22, 23, 24],
[10, 11, 12, 13, 14]])
另一种算法,保证相邻的小批量在原始序列中相邻。
代码 18 · In [19]
def seq_data_iter_sequential(corpus, batch_size, num_steps):
"""使用顺序分区生成小批量子序列
:param corpus: 文本序列
:param batch_size: 小批量的样本数
:param num_steps: 每个样本的时间步数
"""
# 从随机偏移量开始划分序列,保证每次划分不一样
offset = random.randint(0, num_steps)
num_tokens = ((len(corpus) - offset - 1) // batch_size) * batch_size # 可整除的 token 数量
Xs = torch.tensor(corpus[offset: offset + num_tokens]) # 输入
Ys = torch.tensor(corpus[offset + 1: offset + 1 + num_tokens]) # 标签(输入右移一位)
Xs, Ys = Xs.reshape(batch_size, -1), Ys.reshape(batch_size, -1) # 每行是一个小批量
num_batches = Xs.shape[1] // num_steps # 小批量数量
for i in range(0, num_steps * num_batches, num_steps): # 每次取 num_steps 个时间步
X = Xs[:, i: i + num_steps] # 每个小批量的输入
Y = Ys[:, i: i + num_steps] # 每个小批量的标签(输入右移一位)
yield X, Y
代码 19 · In [20]
for X, Y in seq_data_iter_sequential(my_seq, batch_size=2, num_steps=5):
print('X:', X, '\nY:', Y, '\n')
已保存输出
X: tensor([[ 5, 6, 7, 8, 9],
[17, 18, 19, 20, 21]])
Y: tensor([[ 6, 7, 8, 9, 10],
[18, 19, 20, 21, 22]])
X: tensor([[10, 11, 12, 13, 14],
[22, 23, 24, 25, 26]])
Y: tensor([[11, 12, 13, 14, 15],
[23, 24, 25, 26, 27]])
包装上述两个函数
代码 21 · In [22]
class SeqDataLoader:
"""加载序列数据的迭代器"""
def __init__(self,
batch_size: int,
num_steps: int,
use_random_iter: bool,
max_tokens: int=-1):
"""初始化迭代器
:param batch_size: 小批量的样本数
:param num_steps: 每个样本的时间步数
:param use_random_iter: 是否使用随机采样
:param max_tokens: 最大 token 数量,-1 表示不限制
"""
if use_random_iter:
self.data_iter_fn = seg_data_iter_random
else:
self.data_iter_fn = seq_data_iter_sequential
self.corpus, self.vocab = util.data.load_corpus_time_machine(max_tokens) # 读取语料库和词汇表
self.batch_size, self.num_steps = batch_size, num_steps
def __iter__(self):
return self.data_iter_fn(self.corpus, self.batch_size, self.num_steps)
总函数
代码 23
def load_data_time_machine(batch_size: int, num_steps: int, use_random_iter: bool=False, max_tokens: int=-1):
"""返回时光机器数据集的迭代器和词汇表
:param batch_size: 小批量的样本数
:param num_steps: 每个样本的时间步数
:param use_random_iter: 是否使用随机采样
:param max_tokens: 最大 token 数量,-1 表示不限制
:return: 迭代器, 词汇表
"""
data_iter = SeqDataLoader(batch_size, num_steps, use_random_iter, max_tokens)
return data_iter, data_iter.vocab