PyTorch实战:基于Seq2seq模型处理机器翻译任务(模型预测)
文章目录
- 引言
- 数据预处理
- 加载字典对象`en2id`和`zh2id`
- 文本分词
- 加载训练好的Seq2Seq模型
- 模型预测完整代码
- 结束语
引言
随着全球化的深入,翻译需求日益增长。传统的人工翻译方式虽然质量高,但效率低,成本高。机器翻译的出现,为解决这一问题提供了可能。英译中机器翻译任务是机器翻译领域的一个重要分支,旨在将英文文本自动翻译成中文。本博客以《PyTorch自然语言处理入门与实战》第九章的Seq2seq模型处理英译中翻译任务作为基础,附上模型预测模块。
模型的训练及验证模块的详细解析见PyTorch实战:基于Seq2seq模型处理机器翻译任务(模型训练及验证)
数据预处理
加载字典对象en2id
和zh2id
在预测阶段中,需要加载模型训练及验证阶段保存的字典对象en2id
和zh2id
。
代码如下:
import picklewith open("en2id.pkl", 'rb') as f:en2id = pickle.load(f)
with open("zh2id.pkl", 'rb') as f:zh2id = pickle.load(f)
文本分词
在对输入文本进行预测时,需要先将文本进行分词操作。参考代码如下:
def extract_words(sentence): """ 从给定的英文句子中提取单词,并去除单词后的标点符号。 Args: sentence (str): 要提取单词的英文句子。 Returns: List[str]: 提取并处理后的单词列表。 """ en_words = [] for w in sentence.split(' '): # 将英文句子按空格分词 w = w.replace('.', '').replace(',', '') # 去除跟单词连着的标点符号 w = w.lower() # 统一单词大小写 if w: en_words.append(w) return en_words # 测试函数
sentence = 'I am Dave Gallo.'
print(extract_words(sentence))
运行结果:
加载训练好的Seq2Seq模型
代码如下:
import torch
import torch.nn as nnclass Encoder(nn.Module):def __init__(self, input_dim, emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout):super().__init__()self.hid_dim = hid_dimself.n_layers = n_layersself.embedding = nn.Embedding(input_dim, emb_dim) # 词嵌入self.rnn = nn.LSTM(emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout=dropout)self.dropout = nn.Dropout(dropout)def forward(self, src):# src = (src len, batch size)embedded = self.dropout(self.embedding(src))# embedded = (src len, batch size, emb dim)outputs, (hidden, cell) = self.rnn(embedded)# outputs = (src len, batch size, hid dim * n directions)# hidden = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# cell = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# rnn的输出总是来自顶部的隐藏层return hidden, cellclass Decoder(nn.Module):def __init__(self, output_dim, emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout):super().__init__()self.output_dim = output_dimself.hid_dim = hid_dimself.n_layers = n_layersself.embedding = nn.Embedding(output_dim, emb_dim)self.rnn = nn.LSTM(emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout=dropout)self.fc_out = nn.Linear(hid_dim, output_dim)self.dropout = nn.Dropout(dropout)def forward(self, input, hidden, cell):# 各输入的形状# input = (batch size)# hidden = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# cell = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# LSTM是单向的 ==> n directions == 1# hidden = (n layers, batch size, hid dim)# cell = (n layers, batch size, hid dim)input = input.unsqueeze(0) # (batch size) --> [1, batch size)embedded = self.dropout(self.embedding(input)) # (1, batch size, emb dim)output, (hidden, cell) = self.rnn(embedded, (hidden, cell))# LSTM理论上的输出形状# output = (seq len, batch size, hid dim * n directions)# hidden = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# cell = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# 解码器中的序列长度 seq len == 1# 解码器的LSTM是单向的 n directions == 1 则实际上# output = (1, batch size, hid dim)# hidden = (n layers, batch size, hid dim)# cell = (n layers, batch size, hid dim)prediction = self.fc_out(output.squeeze(0))# prediction = (batch size, output dim)return prediction, hidden, cellclass Seq2Seq(nn.Module):def __init__(self, input_word_count, output_word_count, encode_dim, decode_dim, hidden_dim, n_layers,encode_dropout, decode_dropout, device):""":param input_word_count: 英文词表的长度 34737:param output_word_count: 中文词表的长度 4015:param encode_dim: 编码器的词嵌入维度:param decode_dim: 解码器的词嵌入维度:param hidden_dim: LSTM的隐藏层维度:param n_layers: 采用n层LSTM:param encode_dropout: 编码器的dropout概率:param decode_dropout: 编码器的dropout概率:param device: cuda / cpu"""super().__init__()self.encoder = Encoder(input_word_count, encode_dim, hidden_dim, n_layers, encode_dropout)self.decoder = Decoder(output_word_count, decode_dim, hidden_dim, n_layers, decode_dropout)self.device = devicedef forward(self, src):# src = (src len, batch size)# 编码器的隐藏层输出将作为解码器的第一个隐藏层输入hidden, cell = self.encoder(src)# 解码器的第一个输入应该是起始标识符<sos>input = src[0, :] # 取trg的第“0”行所有列 “0”指的是索引pred = [0] # 预测的第一个输出应该是起始标识符top1 = 0while top1 != 1 and len(pred) < 100:# 解码器的输入包括:起始标识符的词嵌入input; 编码器输出的 hidden and cell states# 解码器的输出包括:输出张量(predictions) and new hidden and cell statesoutput, hidden, cell = self.decoder(input, hidden, cell)top1 = output.argmax(dim=1) # (batch size, )pred.append(top1.item())input = top1return preddevice = torch.device('cuda') if torch.cuda.is_available() else torch.device('cpu') # GPU可用 用GPU
# Seq2Seq模型实例化
source_word_count = 34737 # 英文词表的长度 34737
target_word_count = 4015 # 中文词表的长度 4015
encode_dim = 256 # 编码器的词嵌入维度
decode_dim = 256 # 解码器的词嵌入维度
hidden_dim = 512 # LSTM的隐藏层维度
n_layers = 2 # 采用n层LSTM
encode_dropout = 0.5 # 编码器的dropout概率
decode_dropout = 0.5 # 编码器的dropout概率
model = Seq2Seq(source_word_count, target_word_count, encode_dim, decode_dim, hidden_dim, n_layers, encode_dropout,decode_dropout, device).to(device)# 加载训练好的模型
model.load_state_dict(torch.load("best_model.pth"))
model.eval()
模型预测完整代码
提示:预测代码是我们基于训练及验证代码进行改造的,不一定完全正确,可以参考后自行修改~
import torch
import torch.nn as nn
import pickleclass Encoder(nn.Module):def __init__(self, input_dim, emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout):super().__init__()self.hid_dim = hid_dimself.n_layers = n_layersself.embedding = nn.Embedding(input_dim, emb_dim) # 词嵌入self.rnn = nn.LSTM(emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout=dropout)self.dropout = nn.Dropout(dropout)def forward(self, src):# src = (src len, batch size)embedded = self.dropout(self.embedding(src))# embedded = (src len, batch size, emb dim)outputs, (hidden, cell) = self.rnn(embedded)# outputs = (src len, batch size, hid dim * n directions)# hidden = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# cell = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# rnn的输出总是来自顶部的隐藏层return hidden, cellclass Decoder(nn.Module):def __init__(self, output_dim, emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout):super().__init__()self.output_dim = output_dimself.hid_dim = hid_dimself.n_layers = n_layersself.embedding = nn.Embedding(output_dim, emb_dim)self.rnn = nn.LSTM(emb_dim, hid_dim, n_layers, dropout=dropout)self.fc_out = nn.Linear(hid_dim, output_dim)self.dropout = nn.Dropout(dropout)def forward(self, input, hidden, cell):# 各输入的形状# input = (batch size)# hidden = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# cell = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# LSTM是单向的 ==> n directions == 1# hidden = (n layers, batch size, hid dim)# cell = (n layers, batch size, hid dim)input = input.unsqueeze(0) # (batch size) --> [1, batch size)embedded = self.dropout(self.embedding(input)) # (1, batch size, emb dim)output, (hidden, cell) = self.rnn(embedded, (hidden, cell))# LSTM理论上的输出形状# output = (seq len, batch size, hid dim * n directions)# hidden = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# cell = (n layers * n directions, batch size, hid dim)# 解码器中的序列长度 seq len == 1# 解码器的LSTM是单向的 n directions == 1 则实际上# output = (1, batch size, hid dim)# hidden = (n layers, batch size, hid dim)# cell = (n layers, batch size, hid dim)prediction = self.fc_out(output.squeeze(0))# prediction = (batch size, output dim)return prediction, hidden, cellclass Seq2Seq(nn.Module):def __init__(self, input_word_count, output_word_count, encode_dim, decode_dim, hidden_dim, n_layers,encode_dropout, decode_dropout, device):""":param input_word_count: 英文词表的长度 34737:param output_word_count: 中文词表的长度 4015:param encode_dim: 编码器的词嵌入维度:param decode_dim: 解码器的词嵌入维度:param hidden_dim: LSTM的隐藏层维度:param n_layers: 采用n层LSTM:param encode_dropout: 编码器的dropout概率:param decode_dropout: 编码器的dropout概率:param device: cuda / cpu"""super().__init__()self.encoder = Encoder(input_word_count, encode_dim, hidden_dim, n_layers, encode_dropout)self.decoder = Decoder(output_word_count, decode_dim, hidden_dim, n_layers, decode_dropout)self.device = devicedef forward(self, src):# src = (src len, batch size)# 编码器的隐藏层输出将作为解码器的第一个隐藏层输入hidden, cell = self.encoder(src)# 解码器的第一个输入应该是起始标识符<sos>input = src[0, :] # 取trg的第“0”行所有列 “0”指的是索引pred = [0] # 预测的第一个输出应该是起始标识符top1 = 0while top1 != 1 and len(pred) < 100:# 解码器的输入包括:起始标识符的词嵌入input; 编码器输出的 hidden and cell states# 解码器的输出包括:输出张量(predictions) and new hidden and cell statesoutput, hidden, cell = self.decoder(input, hidden, cell)top1 = output.argmax(dim=1) # (batch size, )pred.append(top1.item())input = top1return predif __name__ == '__main__':sentence = 'I am Dave Gallo.'en_words = []for w in sentence.split(' '): # 英文内容按照空格字符进行分词# 按照空格进行分词后,某些单词后面会跟着标点符号 "." 和 “,”w = w.replace('.', '').replace(',', '') # 去掉跟单词连着的标点符号w = w.lower() # 统一单词大小写if w:en_words.append(w)print(en_words)with open("en2id.pkl", 'rb') as f:en2id = pickle.load(f)with open("zh2id.pkl", 'rb') as f:zh2id = pickle.load(f)device = torch.device('cuda') if torch.cuda.is_available() else torch.device('cpu') # GPU可用 用GPU# Seq2Seq模型实例化source_word_count = 34737 # 英文词表的长度 34737target_word_count = 4015 # 中文词表的长度 4015encode_dim = 256 # 编码器的词嵌入维度decode_dim = 256 # 解码器的词嵌入维度hidden_dim = 512 # LSTM的隐藏层维度n_layers = 2 # 采用n层LSTMencode_dropout = 0.5 # 编码器的dropout概率decode_dropout = 0.5 # 编码器的dropout概率model = Seq2Seq(source_word_count, target_word_count, encode_dim, decode_dim, hidden_dim, n_layers, encode_dropout,decode_dropout, device).to(device)model.load_state_dict(torch.load("best_model.pth"))model.eval()src = [0] # 0 --> 起始标识符的编码for i in range(len(en_words)):src.append(en2id[en_words[i]])src = src + [1] # 1 --> 终止标识符的编码text_input = torch.LongTensor(src)text_input = text_input.unsqueeze(-1).to(device)text_output = model(text_input)print(text_output)id2zh = dict()for k, v in zh2id.items():id2zh[v] = ktext_output = [id2zh[index] for index in text_output]text_output = " ".join(text_output)print(text_output)
结束语
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- 谢谢您的阅读!
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