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  • [课堂笔记][pytorch学习][3]语言模型

    第三节课笔记:

    #注:随堂笔记中使用的torchtext已经更新,部分代码不能使用,请对照官方README使用 torchtext

    创建vocabulary

    import torchtext
    from torchtext.vocab import Vectors
    import torch
    import numpy as np
    import random
    
    USE_CUDA = torch.cuda.is_available()
    
    # 为了保证实验结果可以复现,我们经常会把各种random seed固定在某一个值
    random.seed(53113)
    np.random.seed(53113)
    torch.manual_seed(53113)
    if USE_CUDA:
        torch.cuda.manual_seed(53113)
    
    BATCH_SIZE = 32
    EMBEDDING_SIZE = 650
    MAX_VOCAB_SIZE = 50000
    • torchtext提供了LanguageModelingDataset这个class来帮助我们处理语言模型数据集
    • BPTTIterator可以连续地得到连贯的句子
    TEXT = torchtext.data.Field(lower=True)
    train, val, test = torchtext.datasets.LanguageModelingDataset.splits(path=".", 
        train="text8.train.txt", validation="text8.dev.txt", test="text8.test.txt", text_field=TEXT)
    TEXT.build_vocab(train, max_size=MAX_VOCAB_SIZE)
    print("vocabulary size: {}".format(len(TEXT.vocab)))
    
    VOCAB_SIZE = len(TEXT.vocab)
    train_iter, val_iter, test_iter = torchtext.data.BPTTIterator.splits(
        (train, val, test), batch_size=BATCH_SIZE, device=-1, bptt_len=32, repeat=False, shuffle=True)

    模型的输入是一串文字,模型的输出也是一串文字,他们之间相差一个位置,因为语言模型的目标是根据之前的单词预测下一个单词。

    定义模型

    import torch
    import torch.nn as nn
    
    
    class RNNModel(nn.Module):
        """ 一个简单的循环神经网络"""
    
        def __init__(self, rnn_type, ntoken, ninp, nhid, nlayers, dropout=0.5):
            ''' 该模型包含以下几层:
                - 词嵌入层
                - 一个循环神经网络层(RNN, LSTM, GRU)
                - 一个线性层,从hidden state到输出单词表
                - 一个dropout层,用来做regularization
            '''
            super(RNNModel, self).__init__()
            self.drop = nn.Dropout(dropout)
            self.encoder = nn.Embedding(ntoken, ninp)
            if rnn_type in ['LSTM', 'GRU']:
                self.rnn = getattr(nn, rnn_type)(ninp, nhid, nlayers, dropout=dropout)
            else:
                try:
                    nonlinearity = {'RNN_TANH': 'tanh', 'RNN_RELU': 'relu'}[rnn_type]
                except KeyError:
                    raise ValueError( """An invalid option for `--model` was supplied,
                                     options are ['LSTM', 'GRU', 'RNN_TANH' or 'RNN_RELU']""")
                self.rnn = nn.RNN(ninp, nhid, nlayers, nonlinearity=nonlinearity, dropout=dropout)
            self.decoder = nn.Linear(nhid, ntoken)
    
            self.init_weights()
    
            self.rnn_type = rnn_type
            self.nhid = nhid
            self.nlayers = nlayers
    
        def init_weights(self):
            initrange = 0.1
            self.encoder.weight.data.uniform_(-initrange, initrange)
            self.decoder.bias.data.zero_()
            self.decoder.weight.data.uniform_(-initrange, initrange)
    
        def forward(self, input, hidden):
            ''' Forward pass:
                - word embedding
                - 输入循环神经网络
                - 一个线性层从hidden state转化为输出单词表
            '''
            emb = self.drop(self.encoder(input))
            output, hidden = self.rnn(emb, hidden)
            output = self.drop(output)
            decoded = self.decoder(output.view(output.size(0)*output.size(1), output.size(2)))
            return decoded.view(output.size(0), output.size(1), decoded.size(1)), hidden
    
        def init_hidden(self, bsz, requires_grad=True):
            weight = next(self.parameters())
            if self.rnn_type == 'LSTM':
                return (weight.new_zeros((self.nlayers, bsz, self.nhid), requires_grad=requires_grad),
                        weight.new_zeros((self.nlayers, bsz, self.nhid), requires_grad=requires_grad))
            else:
                return weight.new_zeros((self.nlayers, bsz, self.nhid), requires_grad=requires_grad)

    初始化模型

    model = RNNModel("LSTM", VOCAB_SIZE, EMBEDDING_SIZE, EMBEDDING_SIZE, 2, dropout=0.5)
    if USE_CUDA:
        model = model.cuda()
    • 我们首先定义评估模型的代码。
    • 模型的评估和模型的训练逻辑基本相同,唯一的区别是我们只需要forward pass,不需要backward pass
      def evaluate(model, data):
          model.eval()
          total_loss = 0.
          it = iter(data)
          total_count = 0.
          with torch.no_grad():
              hidden = model.init_hidden(BATCH_SIZE, requires_grad=False)
              for i, batch in enumerate(it):
                  data, target = batch.text, batch.target
                  if USE_CUDA:
                      data, target = data.cuda(), target.cuda()
                  hidden = repackage_hidden(hidden)
                  with torch.no_grad():
                      output, hidden = model(data, hidden)
                  loss = loss_fn(output.view(-1, VOCAB_SIZE), target.view(-1))
                  total_count += np.multiply(*data.size())
                  total_loss += loss.item()*np.multiply(*data.size())
                  
          loss = total_loss / total_count
          model.train()
          return loss

      我们需要定义下面的一个function,帮助我们把一个hidden state和计算图之前的历史分离。

      def repackage_hidden(h):
          if isinstance(h, torch.Tensor):
              return h.detach()
          else:
              return tuple(repackage_hidden(v) for v in h)
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