我太愛北極猴子樂隊(duì)了，但他們已經(jīng)很久沒有發(fā)行新單曲了。久久欠缺精神食糧的我某天晚上突然靈機(jī)一動(dòng)，我可以自給自足呀!于是我寫了個(gè)簡(jiǎn)單的代碼，用Keras和TensorFlow訓(xùn)練了一個(gè)文本生成模型，寫出一首全新的北極猴子的歌。

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不過(guò)條件有限，這玩意兒無(wú)法跟真正的北極猴子的歌曲相提并論，但安慰一下長(zhǎng)期缺新歌的自己還是可以的。

本文將簡(jiǎn)單介紹這個(gè)代碼，完整的代碼放在筆者的GitHub上：https://github.com/Rajwrita/Sequence-Models-for-Literature/blob/master/NLP-AM2.0.ipynb。

首先，你得建立一個(gè)幾乎將全部北極猴子的歌曲包括在內(nèi)的數(shù)據(jù)集(https://github.com/Rajwrita/Sequence-Models-for-Literature/blob/master/AM.txt)，之后如果繼續(xù)執(zhí)行此代碼，請(qǐng)嘗試使用自己的數(shù)據(jù)集生成文本。

導(dǎo)入

首先要為深度學(xué)習(xí)模型導(dǎo)入通用的數(shù)據(jù)幀操作庫(kù)以及TensorFlow和Keras庫(kù)包：

import numpy as np 
from tensorflow.keras.preprocessing.sequence import pad_sequences 
from tensorflow.keras.layers import Embedding, LSTM, Dense, Dropout,Bidirectional 
from tensorflow.keras.preprocessing.text import Tokenizer 
from tensorflow.keras.models import Sequential 
from tensorflow.keras.optimizers import Adam 
from tensorflow.keras import regularizers 
import tensorflow.keras.utils as ku 

接著，導(dǎo)入數(shù)據(jù)：

data = open('AM.txt').read() 

再給文本裝上一個(gè)分詞器(tokenizer)。分詞器可以生成覆蓋整個(gè)語(yǔ)料庫(kù)的單詞詞典，實(shí)質(zhì)上就是鍵值對(duì)。鍵是單詞，而值則是為該單詞生成的標(biāo)記。簡(jiǎn)言之，分詞器將成句的字符串分解為獨(dú)立的單詞，然后賦予每個(gè)單詞一個(gè)唯一整數(shù)值。這一步很關(guān)鍵，為后續(xù)嵌入層數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備打下基礎(chǔ)。

獲取單詞索引的長(zhǎng)度，可以得出語(yǔ)料庫(kù)里單詞的總量。在此基礎(chǔ)上加1，就可以引入外部詞匯。相應(yīng)的代碼如下：

tokenizer = Tokenizer()data = open('AM.txt').read() 
tokenizer.fit_on_texts(corpus) 
total_words = len(tokenizer.word_index) + 1 

再然后，使用token列表創(chuàng)建導(dǎo)入序列。導(dǎo)入序列說(shuō)白了就是一個(gè)python列表，文本語(yǔ)料庫(kù)的每一行都通過(guò)分詞器生成一個(gè)token列表。是像這樣的一行文本： 

通過(guò)這道程序，就會(huì)將其轉(zhuǎn)化為代表這些單詞的一串token。數(shù)據(jù)集的每一行都會(huì)這樣處理。其代碼如下：

input_sequences = [] 
for line in corpus: 
   token_list =tokenizer.texts_to_sequences([line])[0] 
   for i in range(1, len(token_list)): 
      n_gram_sequence = token_list[:i+1] 
      input_sequences.append(n_gram_sequence) 

可以看出，導(dǎo)入序列只是被分解為短語(yǔ)的句子，緊接著要獲取語(yǔ)料庫(kù)中最長(zhǎng)句子的長(zhǎng)度。這一步很簡(jiǎn)單，只需要將所有句子遍歷循環(huán)并找出最長(zhǎng)那句即可。

max_sequence_len = max([len(x) for x in input_sequences]) 

現(xiàn)在填充所有序列使它們?nèi)恳粯娱L(zhǎng)。用零預(yù)填充序列，這樣更容易提取到標(biāo)簽值，只要抓取最后一個(gè)標(biāo)記就可以得到標(biāo)簽值了。

input_sequences = np.array(pad_sequences(input_sequences,maxlen=max_sequence_len, padding='pre')) 

填充之后，創(chuàng)建預(yù)測(cè)值和標(biāo)簽值，這樣序列基本上就被分解為x數(shù)組和y數(shù)組了。這里用到的是python的切片屬性。代碼如下：

predictors, label = input_sequences[:,:-1],input_sequences[:,-1] 

現(xiàn)在，數(shù)據(jù)已經(jīng)分為x數(shù)組和y數(shù)組，可以開始創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)給定詞組進(jìn)行分類預(yù)測(cè)了。

從嵌入層開始

嵌入層是任何一種理解單詞的深度學(xué)習(xí)模型不可或缺的一層，其實(shí)際作用是通過(guò)賦予同樣含義詞匯以同樣數(shù)值，將較高維空間的向量投影到較低維空間，這樣就可以直接對(duì)向量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算了。

在一行文本中，它處理了所有詞匯并且賦予其在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的含義。第一個(gè)參數(shù)處理的是單詞，第二個(gè)參數(shù)則是繪制單詞矢量的維數(shù)，最后一個(gè)參數(shù)是輸入維度的尺寸，其實(shí)就是最長(zhǎng)序列的長(zhǎng)度減1。減掉1是因?yàn)榍懊鏋榱说玫綐?biāo)簽值，我們將每個(gè)序列的最后一個(gè)詞砍掉了，所以得到的序列比最大序列長(zhǎng)度要小1。

model.add(Embedding(total_words, 100, input_length=max_sequence_len-1)) 

添加LSTM(長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò))層 

LSTM層的細(xì)胞狀態(tài)保存了整個(gè)上下文語(yǔ)境，從而保證了對(duì)下一個(gè)詞匯產(chǎn)生影響的不止有相鄰詞匯。

除了單層的LSTM層，還可以使用堆疊多層的LSTM。使用雙向LSTM層，我們可以從頭到尾再?gòu)奈驳筋^將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)算法中，這有助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更好地理解文本。雙向LSTM還可以幫助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更快收斂。

將返還序列標(biāo)注設(shè)為True，這樣就能將序列信息傳遞到第二層LSTM層，而不是直接到最終狀態(tài)。

model.add(Bidirectional(LSTM(150, return_sequences = True))) 

接下來(lái)，運(yùn)用密集層進(jìn)一步捕獲線性關(guān)系，以上各層的輸出將轉(zhuǎn)化為單詞概率。softmax激活函數(shù)會(huì)將所有輸入單詞概率從(-∞,∞ ) 轉(zhuǎn)化為(0,1)。

model.add(Dense(total_words/2, activation='relu',  
kernel_regularizer=regularizers.l2(0.01)))model.add(Dense(total_words 
,activation='softmax')) 

由于這里做的是categorical分類，所以要將定律設(shè)為分類交叉熵。至于優(yōu)化器，這里選用adam優(yōu)化器。

最后一步——Epochs

最后要花一點(diǎn)時(shí)間訓(xùn)練模型，數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)不多，大概要訓(xùn)練模型500個(gè)epoch左右。

history = model.fit(predictors, label, epochs=100, verbose=1) 

要預(yù)測(cè)的單詞越多，產(chǎn)生的亂碼也會(huì)越多，因?yàn)槊恳粋€(gè)單詞都要預(yù)測(cè)，其下一個(gè)和下下個(gè)單詞也是，那么下一個(gè)單詞永遠(yuǎn)比上一個(gè)有更多不確定性。來(lái)看看網(wǎng)絡(luò)最后預(yù)測(cè)出來(lái)的文本!

seed_text = "I really like the Arctic Monkeys and  

建立覆蓋足夠單詞的語(yǔ)料庫(kù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以在語(yǔ)料庫(kù)上訓(xùn)練，并通過(guò)預(yù)測(cè)下一個(gè)單詞，幫助我們預(yù)測(cè)一些復(fù)雜文本。

有了機(jī)器學(xué)習(xí)，產(chǎn)糧不再是難事，試試用這個(gè)代碼為你的心水歌手寫一首歌吧!