腾讯AI Lab中文词向量数据使用

近年来，深度学习技术在自然语言处理领域中得到了广泛应用。基于深度神经网络的模型已经在词性标注、命名实体识别、情感分类等诸多任务上显著超越了传统模型。用深度学习技术来处理自然语言文本，离不开文本的向量化，即把一段文本转化成一个n维的向量。在大量任务中，作为千变万化的文本向量化网络架构的共同底层，嵌入层（Embedding Layer）负责词汇（文本的基本单元）到向量（神经网络计算的核心对象）的转换，是自然语言通向深度神经网络的入口。大量的学界研究和业界实践证明，使用大规模高质量的词向量初始化嵌入层，可以在更少的训练代价下得到性能更优的深度学习模型。

腾讯AI Lab此次公开的中文词向量数据包含800多万中文词汇，其中每个词对应一个200维的向量。相比现有的中文词向量数据，腾讯AI Lab的中文词向量着重提升了以下3个方面，相比已有各类中文词向量大大改善了其质量和可用性：

得益于覆盖率、新鲜度、准确性的提升，在内部评测中，腾讯AI Lab提供的中文词向量数据相比于现有的公开数据，在相似度和相关度指标上均达到了更高的分值。在腾讯公司内部的对话回复质量预测和医疗实体识别等业务场景中，腾讯AI Lab提供的中文词向量数据都带来了显著的性能提升。

腾讯AI Lab词向量的构建

项目地址：https://ai.tencent.com/ailab/nlp/en/download.html

腾讯AI Lab词向量的使用

词向量数据的加载与使用

# -*- coding:utf-8 -*-
from gensim.models import KeyedVectors

file = 'Tencent_AILab_ChineseEmbedding.txt'
wv_from_text = KeyedVectors.load_word2vec_format(file, binary=False)
wv_from_text.save('Tencent_AILab_ChineseEmbedding.bin')
model = KeyedVectors.load('Tencent_AILab_ChineseEmbedding.bin')
print(model.most_similar(positive=['女', '国王'], negative=['男'], topn=1))
print(model.doesnt_match("上海 成都 广州 北京".split(" ")))
print(model.similarity('女人', '男人'))
print(model.most_similar('特朗普', topn=10))
print(model.n_similarity(["中国","北京"],["俄罗斯","莫斯科"]))

总体老说腾讯 AI Lab 开源的这份中文词向量的覆盖度比较高，精度也比较高。但是词向量里含有大量停用词，导致文件比较大加载速度较慢（数分钟），而且内存消耗较大，实际使用时根据场景需要裁剪以节省性能。由于这个词向量就是按照训练的词频进行排序的，前100w就能把我们的常用词覆盖到了。这里有已经裁剪好的数据：https://github.com/cliuxinxin/TX-WORD2VEC-SMALL

Tencent_AILab_ChineseEmbedding读入与高效查询

比较常见的读入方式：

import numpy as np

def load_embedding(path):
    embedding_index = {}
    f = open(path,encoding='utf8')
    for index,line in enumerate(f):
        if index == 0:
            continue
        values = line.split(' ')
        word = values[0]
        coefs = np.asarray(values[1:],dtype='float32')
        embedding_index[word] = coefs
    f.close()

    return embedding_index

load_embedding('Tencent_AILab_ChineseEmbedding.txt')

这样纯粹就是以字典的方式读入，当然用于建模没有任何问题，但是笔者想在之中进行一些相似性操作，最好的就是重新载入gensim.word2vec系统之中，但载入时可能发生如下报错：

ValueError: invalid vector on line 418987 (is this really the text format?)

仔细一查看，发现原来一些词向量的词就是数字，譬如-0.2121或 57851，所以一直导入不进去。只能自己用txt读入后，删除掉这一部分，保存的格式参考下面。

5 4
是 -0.119938 0.042054504 -0.02282253 -0.10101332
中国人 0.080497965 0.103521846 -0.13045108 -0.01050107
你 -0.0788643 -0.082788676 -0.14035964 0.09101376
我 -0.14597991 0.035916027 -0.120259814 -0.06904249

第一行是一共5个词，每个词维度为4.

然后清洗完毕之后，就可以读入了：

wv_from_text = gensim.models.KeyedVectors.load_word2vec_format('Tencent_AILab_ChineseEmbedding_refine.txt',binary=False)

但是又是一个问题，占用内存太大，导致不能查询相似词：

wv_from_text.init_sims(replace=True)  # 神奇，很省内存，可以运算most_similar

该操作是指model已经不再继续训练了，那么就锁定起来，让Model变为只读的，这样可以预载相似度矩阵，对于后面得相似查询非常有利。

未知词、短语向量补齐与域内相似词搜索

未知词语、短语的补齐手法是参考FastText的用法，当出现未登录词或短语的时候，会：先将输入词进行n-grams，然后去词表之中查找，查找到的词向量进行平均。主要函数可见：

import numpy as np
def compute_ngrams(word, min_n, max_n):
    #BOW, EOW = ('<', '>')  # Used by FastText to attach to all words as prefix and suffix
    extended_word =  word
    ngrams = []
    for ngram_length in range(min_n, min(len(extended_word), max_n) + 1):
        for i in range(0, len(extended_word) - ngram_length + 1):
            ngrams.append(extended_word[i:i + ngram_length])
    return list(set(ngrams))

def wordVec(word,wv_from_text,min_n = 1, max_n = 3):
    '''
    ngrams_single/ngrams_more,主要是为了当出现oov的情况下,最好先不考虑单字词向量
    '''
    # 确认词向量维度
    word_size = wv_from_text.wv.syn0[0].shape[0]   
    # 计算word的ngrams词组
    ngrams = compute_ngrams(word,min_n = min_n, max_n = max_n)
    # 如果在词典之中，直接返回词向量
    if word in wv_from_text.wv.vocab.keys():
        return wv_from_text[word]
    else:  
        # 不在词典的情况下
        word_vec = np.zeros(word_size, dtype=np.float32)
        ngrams_found = 0
        ngrams_single = [ng for ng in ngrams if len(ng) == 1]
        ngrams_more = [ng for ng in ngrams if len(ng) > 1]
        # 先只接受2个单词长度以上的词向量
        for ngram in ngrams_more:
            if ngram in wv_from_text.wv.vocab.keys():
                word_vec += wv_from_text[ngram]
                ngrams_found += 1
                #print(ngram)
        # 如果，没有匹配到，那么最后是考虑单个词向量
        if ngrams_found == 0:
            for ngram in ngrams_single:
                word_vec += wv_from_text[ngram]
                ngrams_found += 1
        if word_vec.any():
            return word_vec / max(1, ngrams_found)
        else:
            raise KeyError('all ngrams for word %s absent from model' % word)
    
vec = wordVec('千奇百怪的词向量',wv_from_text,min_n = 1, max_n = 3)  # 词向量获取
wv_from_text.most_similar(positive=[vec], topn=10)    # 相似词查找
compute_ngrams函数是将词条N-grams找出来，譬如：
compute_ngrams('萌萌的哒的',min_n = 1,max_n = 3)>>> ['哒', '的哒的', '萌的', '的哒', '哒的', '萌萌的', '萌的哒', '的', '萌萌', '萌']

从词向量文件中提取词语生成自定义词库

主要应用场景：分词。（如果觉得词库太大，可以选择TOP N，目前词表是按热度排序的，所以处理起来很方便）

from tqdm import tqdm
import re


def gen_dict(input_file, output_file):
    output_f = open(output_file, 'a', encoding='utf8')
    with open(input_file, "r", encoding='utf-8') as f:
        header = f.readline()
        vocab_size, vector_size = map(int, header.split())
        for i in tqdm(range(vocab_size)):
            line = f.readline()
            word = line.split(' ')[0]
            output_f.write(word + '\n')
        output_f.close()
        f.close()


def gen_dict_with_chinese(input_file, output_file):
    pattern = re.compile("[\u4e00-\u9fa5]")
    output_f = open(output_file, 'a', encoding='utf8')
    with open(input_file, "r", encoding='utf-8') as f:
        lines = f.readlines()
        for line in tqdm(lines):
            line = line.strip()
            if re.findall(pattern, line):
                output_f.write(line + "\n")
    output_f.close()


def gen_dict_small(input_file, output_file, size=10000):
    output_f = open(output_file, 'a', encoding='utf8')
    with open(input_file, "r", encoding='utf-8') as f:
        f.readline()
        output_f.write(str(size) + " 200\n")
        for i in tqdm(range(size)):
            line = f.readline()
            output_f.write(line)
        output_f.close()
        f.close()


if __name__ == "__main__":
    # gen_dict('./Tencent_AILab_ChineseEmbedding.txt',
    #          './dict.txt')
    # gen_dict_with_chinese('./dict.txt', './dict-no-alnum.txt')
    gen_dict_small(r'D:\ProgramData\Tencent_AILab_ChineseEmbedding.txt', 'dict_10000.txt', 10000)

参考链接：

• 基于腾讯AI Lab词向量进行未知词、短语向量补齐与域内相似词搜索