Weka学习 -- StringToWordVector 源代码学习（1）

2023-08-30 11:06:40

代码整个运行流程

  1. 參数设置
  2. input数据，设置数据格式
  3. batchFinished()，处理数据（Tokenzier，Stemming，Stopwords）
  4. determineDictionary();  统计计算（TF，IDF）
  5. 归一化
  6. output

一些变量和方法的作用

  • m_Dictionary , m_DocsCounts  变量与 m_OutputCounts变量
    意义
public TreeMap m_Dictionary = new TreeMap();
//TreeMap类型成员变量m_Dictionary 记录<word,新属性index>对；详细类型为TreeMap<String,Integer>, 每个String 的word所映射的index。
private int[] m_DocsCounts ;
// 计算每一个单词在多少个文档中出现过，保存在这个数组。

数组index是word相应映射的index（与m_Dictionary相应）。

private boolean m_OutputCounts = false; 
 //控制m_Dictionary 中的Integer是输出0/1(表示单词是否在文档中出现），还是count单词在文档中出现的次数。

一般要将它设置为true。

  • m_minTermFreq 和 m_WordsToKeep
    依据最小词频数（m_minTermFreq）和每一个类最多保留单词数(m_WordsToKeep)过滤单词；还有一种过滤单词的方法是通过stopwordlist。见以下。

  • 内部类Count 类及变量的意义

里有两个变量public int count, docCount;。count是word在一个文档中出现的次数，docCount指的是这个word在几个文档中出现过。
定义这个内部类及变量计算中间量。主要是为了计算TF*IDF方便。

  • 改动详细的TF*IDF公式：

在函数convertInstancewoDocNorm里面例如以下的两段代码中改动就可以。
// Doing TFTransform

if (m_TFTransform == true) {

.....//在这里改动。 源码为 tf(t,d)= log( f(t,d) +1 ).加一是为了防止tf(t,d)=0
}

// Doing IDFTransform
if (m_IDFTransform == true) {
.....//在这里改动, 源码是让idf(t,D)= log(
|D| / |{d \in D : t\ind}| ). D表示全部的文档集。

log(value)中的value肯定大于等于1 //当然这里需保证分母不为0，即word至少在一个文档中出现过，否则可idf(t,D)= log(
|D| / |{d \in D : t\ind}|+1 ).

....// 源码直接让val (t,d)= tf(t,d) * log(
|D| / |{d \in D : t\ind}| )  
}

注意1：这里另一个boolean变量m_OutputCounts。若要用TFIDF公式必须将m_OutputCounts设置为TRUE. 同一时候。m_TFTransform 和m_IDFTransform 一般仅仅设置当中一个为true。否则的话就是两个log相乘。

当然也能够依据须要详细改动（TFIDF详细信息wiki就可以）

经典的TF*IDF设置： 设置变量m_IDFTransform为真。更新更新contained中Key大于等于firstCopy的值为val=val*Math.log( m_NumInstances
/

(double) m_DocsCounts[index.intValue()] )，也即把原先记录的词频fij变成fij*log（文档数/该单词在多少个文档中出现过）。就是我们用的TF-IDF。

注意假设要达到这个效果仅仅有把m_IDFTransform
以及m_OutputCounts同一时候设置成true，并保持m_TFTransform为false（否则的话就是两个log相乘了）。



注意2： TFIDF没有体现单词位置信息。如在一段文字中。处在首句的在一篇文章中。处在首段和末段的段落比較重要。在实际应用中。能够依据不同的位置设置对应的权重。

  • Normalization

    对词频或TFIDF进行归一化。主要是为了消除不同文本长度的影响。

归一化主要针对TF(t,d_单词频率（单词t在文档d中出现的次数）的来进行归一化。

经常用法：


方法1：TF(t,d)= （单词t在文档d中出现的次数）/ (文档d中的总单词数)； 
方法2： TF(t,d)=（单词t在文档d中出现的次数）/ (在文档d中出现次数最多的词的出现次数)。
方法3（Weka採用）： TFIDF(t,d) ，即 value = value * m_AvgDocLength / docLength(d).注意这里的value是经过m_TFTransform 和m_TFTransform 作用过的值（假设设置为true的话，详细看代码就能够知道）。

当然我们也能够改动StringToWordVector代码，使其支持前两种归一化的方法。以下说下Weka中相关设置方法：
方法1：通过set方法设置
filter.setNormalizeDocLength(new SelectedTag(StringToWordVector.FILTER_NORMALIZE_ALL, StringToWordVector.TAGS_FILTER));
//FILTER_NORMALIZE_ALL 能够换位 FILTER_NORMALIZE_TEST_ONLY
或 FILTER_NONE
方法2：通过參数字符串设置:
      String optionStr="-R first-last  -W  1000 -prune-rate -1.0 -C -I -N 1";
//-N 1 表示採用FILTER_NORMALIZE_ALL=1 归一化方法。
      filter.setOptions(Utils.splitOptions(optionStr));  

注意：StringToWordVector类中到是没有FILTER_NORMALIZE_TEST_ONLY 这个变量的详细应用。不知为什么。感觉也不是必需。

 
相关变量例如以下：

    /** normalization: No normalization. */
    public static final int FILTER_NONE = 0;  
    /** normalization: Normalize all data. */
    public static final int FILTER_NORMALIZE_ALL = 1;
    /** normalization: Normalize test data only. */

public static final int FILTER_NORMALIZE_TEST_ONLY = 2;  


很多其它关于Normalize的訪问：
weka.filters.unsupervised.attribute.Normalize -S 1.0 -T 0.0 对于数据集中的attribute进行归一化。即对某一列数值型数据进行归一化。

忽略nominal类型的列。

weka.filters.unsupervised.instance.Normalize 忽略nominal类型的列和class index的列。


  • Tokenzier
StringToWordVector中。默认的tokenzier。 -tokenizer  weka.core.tokenizers.WordTokenizer -delimiters " \r\n\t.,;:\'\"()?!"  
Tokenzier的作用就是对于一个长的String，遍历扫描一遍。按那些字符进行切分。

若须要按句子为单位进行切分，能够新建新的Tokenzier，选择- delimiters 为". ! \n ? "或中文句子结束符号“。！

？”等


  • Stemmer

In linguistic
morphology and information
retrieval, stemming is
the process for reducing inflected (or sometimes derived) words to their stem,
base or rootform—generally
a written word form.  如能将cats，catlike。catty等word都转化为词根cat。

这个Stemmmer更像是中文的同义词转换。同一个此类的词包。

StringToWordVector里面的Stemmer主要有两种LovinsStemmer （writeren by Lovins 1968）和 SnowballStemmer（Written
by Martin Porter1980，extend at 2000，建议用这个。但不可直接使用，须要下载包。）两类。这Weka里面自带的Stemmer都是针对英语语言的。自己能够依据须要进行更改。

此外还有PTStemmer等，下载对应的jar包都能够使用。详细使用參考http://weka.wikispaces.com/Stemmers


经常使用的Stemming算法：
LookUp算法： 最简单的算法，建一个lookup table，如 cats -> cat. 若查询的词是cats则返回cat。

特点：简单易用，但table表量比較大。

怎样创建LookUp table： ①对于英语而言能够用构词法简单生成look up table，如将root word “run” 生成“runs，running，runned。runnly，然后查询词典。将当中invalid
derived words 去掉。

②对于汉语的话。就相当于把同义词转换为同一个词？ 这样也不太好，应该是把类型”吃了吗”，“吃饭了吗”，“吃饭了没”转化为同一个词。


Affix算法： ①Suffix-stripping 算法： 依据单词的时态规则将是时态词转换为词根。

如将以ed。ing，ly结尾的词去掉其后缀，生成词根。动词的时态大部分有规则。一部分没规则，对于没规则的能够建一个lookup表。二者相结合。


当然还有其它Hybird算法和Multilingual 多语言算法。

对于Stemming也会存在UnderStemming 和 OverStemming两个问题，用时注意。

參考资料：

  • StopWords

这一个过程最好IKAnalyzer分词阶段就过滤掉。

当然对于派生词或中午近义词等。在这里进行过滤会stoplist会更短一点（由于word已经经过Stemming了）。


  • StringToWordVector默认不採用不论什么停止词。
  • 设置採用默认停止词rainbow（英文）m_useStoplist。
当然你能够通过设置变量private boolean m_useStoplist; 等于true（filter.setUseStoplist(true);），採用Weka自带的默认停止词weka.core.StopWords（英文）。 
停止词rainbow列表： http://www.cs.cmu.edu/~mccallum/bow/rainbow/可參考，也能够在程序里面查看StopWords的  public Stopwords()方法。
  • 自己定义停止词。覆盖默认停止词File m_Stopwords

通过StringToWordVector.setStopwords(new File(stopwordfile));方法能够设置自己定义的停止词。同一时候默认的停止词不在生效。

（知道这样的效果就先用着，详细实现代码待细看^_^）



  • Tokenizer、Stemming与 Stopwords的顺序：

（从determineDictionary()函数能够看出来）
  1. 首先Tokenizer。依据单词切割符取出word。

    若默认的 WordTokenizer
    採用" \r\n\t.,;:\'\"()?!"  等英文切割符。

    这一部会把"boy."等后面的‘.'句号或感叹号等都去掉。也可弥补IKAnalyzer中文分词不足。

  2. 然后Stemming。取出词根。
  3. 最后在轮到Stopwords。

    stopwords.is(word)做词根word在stopword的list中，则取出。应该不会对此单词进行map映射和在vector出现。

    filter.setStopwords(new File(stopwordfile)); 
    这样设置一下，就能够将stopwordfile中的word（一行一个）当成stopword啦。



  • SparseInstance

Sparse ARFF files are very similar to ARFF files, but data with value 0 are not be explicitly represented（but这句话的意思就是值为0的属性并不显示）.

举个样例StringToWordVector生成以下这个实例集，当中index为0（第一个属性）为class属性（类别在第一列）。

：

{1 1,2 2,3 3,4 1,5 1,6 1,7 1}
{0 class2,8 1,9 1,10 1,11 1,12 1}

{0 class3,2 2,3 3,6 1,7 1,13 1}  

对于第1个实例（第一行）因为第一个类的名称不是class1。而是默认生产值0。即 0 class1 生成了0 0，所以不显示。以下的‘1 1’ 表示第2个字段的值为1； ‘2 2’ 表示第3个属性字段的值为3. 哈哈 明确了吗。
这里若一个属性的值是未知的missing。则应该表示为?

。 如3 ?

. Note that the omitted values in a sparse instance are 0, they are not "missing" values! If a value is unknown, you must explicitly represent it with a question mark (?).


在Weka里面，全部的string和nominal属性的数据值都会映射为数值，这样做主要是为了计算的高效性。

都会把第一个string或nominal的值存储为0。  SparseInstances这里这样表示并非一个bug，能够视为一个‘display’bug。你保存arff数据会发现和你读取的数据是一样的。


官方介绍：
http://weka.wikispaces.com/ARFF+%28book+version%29#Sparse ARFF files


引用參考文献：

  • 其它
  1. StrngToWordVector默认仅仅对全部的属性进行字符串转word向量，你能够设置指定的属性进行转换。

Range m_SelectedRange 变量就是。能够在进行參数设置

  1. StringToWordVector会将全部的非转换的属性放在处理后的Instances的前面， 当中firstCopy 在函数中的意思是表明前面有多少个非处理的属性。

    如有3个不用处理的属性。firstCopy就是3.



其它參考资料：

若自己读代码有困难。能够參考：
http://quweiprotoss.blog.163.com/blog/static/4088288320100164563922/
http://quweiprotoss.blog.163.com/blog/static/4088288320100165343974/


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