4.1 任务说明
学习主题：论文分类（数据建模任务），利用已有数据建模，对新论文进行类别分类；
学习内容：使用论文标题完成类别分类；
学习成果：学会文本分类的基本方法、TF-IDF等；
在原始arxiv论文中论文都有对应的类别，而论文类别是作者填写的。在本次任务中我们可以借助论文的标题和摘要完成：
对论文标题和摘要进行处理；
对论文类别进行处理；
构建文本分类模型；
思路1：TF-IDF+机器学习分类器
直接使用TF-IDF对文本提取特征，使用分类器进行分类，分类器的选择上可以使用SVM、LR、XGboost等
思路2：FastText
FastText是入门款的词向量，利用Facebook提供的FastText工具，可以快速构建分类器
思路3：WordVec+深度学习分类器
WordVec是进阶款的词向量，并通过构建深度学习分类完成分类。深度学习分类的网络结构可以选择TextCNN、TextRnn或者BiLSTM。
思路4：Bert词向量
Bert是高配款的词向量，具有强大的建模学习能力。
为了方便大家入门文本分类，我们选择思路1和思路2给大家讲解。首先完成字段读取：
data=[]#初始化#使用with语句优势：1.自动关闭文件句柄；2.自动显示（处理）文件读取数据异常withopen("arxiv-metadata-oai-snapshot.json",'r')asf:foridx,lineinenumerate(f):d=json.loads(line)d={'title':d['title'],'categories':d['categories'],'abstract':d['abstract']}data.append(d)# 选择部分数据ifidx>200000:breakdata=pd.DataFrame(data)#将list变为dataframe格式，方便使用pandas进行分析
为了方便数据的处理，我们可以将标题和摘要拼接一起完成分类。
data['text']=data['title']+data['abstract']data['text']=data['text'].apply(lambdax:x.replace('\n',' '))data['text']=data['text'].apply(lambdax:x.lower())data=data.drop(['abstract','title'],axis=1)
由于原始论文有可能有多个类别，所以也需要处理：
# 多个类别，包含子分类data['categories']=data['categories'].apply(lambdax:x.split(' '))# 单个类别，不包含子分类data['categories_big']=data['categories'].apply(lambdax: [xx.split('.')[0]forxxinx])
然后将类别进行编码，这里类别是多个，所以需要多编码：
fromsklearn.preprocessingimportMultiLabelBinarizermlb=MultiLabelBinarizer()data_label=mlb.fit_transform(data['categories_big'].iloc[:])
思路1使用TFIDF提取特征，限制最多4000个单词：
fromsklearn.feature_extraction.textimportTfidfVectorizervectorizer=TfidfVectorizer(max_features=4000)data_tfidf=vectorizer.fit_transform(data['text'].iloc[:])
由于这里是多标签分类，可以使用sklearn的多标签分类进行封装：
# 划分训练集和验证集fromsklearn.model_selectionimporttrain_test_splitx_train,x_test,y_train,y_test=train_test_split(data_tfidf,data_label,test_size=0.2,random_state=1)# 构建多标签分类模型fromsklearn.multioutputimportMultiOutputClassifierfromsklearn.naive_bayesimportMultinomialNBclf=MultiOutputClassifier(MultinomialNB()).fit(x_train,y_train)
验证模型的精度：
fromsklearn.metricsimportclassification_reportprint(classification_report(y_test,clf.predict(x_test)))
思路2使用深度学习模型，单词进行词嵌入然后训练。首先按照文本划分数据集：
fromsklearn.model_selectionimporttrain_test_splitx_train,x_test,y_train,y_test=train_test_split(data['text'].iloc[:],data_label,test_size=0.2,random_state=1)
将数据集处理进行编码，并进行截断：
# parametermax_features=500max_len=150embed_size=100batch_size=128epochs=5fromkeras.preprocessing.textimportTokenizerfromkeras.preprocessingimportsequencetokens=Tokenizer(num_words=max_features)tokens.fit_on_texts(list(x_train)+list(x_test))x_sub_train=tokens.texts_to_sequences(x_train)x_sub_test=tokens.texts_to_sequences(x_test)x_sub_train=sequence.pad_sequences(x_sub_train,maxlen=max_len)x_sub_test=sequence.pad_sequences(x_sub_test,maxlen=max_len)
定义模型并完成训练：
# LSTM model# Keras Layers:fromkeras.layersimportDense,Input,LSTM,Bidirectional,Activation,Conv1D,GRUfromkeras.layersimportDropout,Embedding,GlobalMaxPooling1D,MaxPooling1D,Add,Flattenfromkeras.layersimportGlobalAveragePooling1D,GlobalMaxPooling1D,concatenate,SpatialDropout1D# Keras Callback Functions:fromkeras.callbacksimportCallbackfromkeras.callbacksimportEarlyStopping,ModelCheckpointfromkerasimportinitializers,regularizers,constraints,optimizers,layers,callbacksfromkeras.modelsimportModelfromkeras.optimizersimportAdamsequence_input=Input(shape=(max_len, ))x=Embedding(max_features,embed_size,trainable=False)(sequence_input)x=SpatialDropout1D(0.2)(x)x=Bidirectional(GRU(128,return_sequences=True,dropout=0.1,recurrent_dropout=0.1))(x)x=Conv1D(64,kernel_size=3,padding="valid",kernel_initializer="glorot_uniform")(x)avg_pool=GlobalAveragePooling1D()(x)max_pool=GlobalMaxPooling1D()(x)x=concatenate([avg_pool,max_pool])preds=Dense(20,activation="sigmoid")(x)model=Model(sequence_input,preds)model.compile(loss='binary_crossentropy',optimizer=Adam(lr=1e-3),metrics=['accuracy'])model.fit(x_sub_train,y_train,batch_size=batch_size,epochs=epochs)
