SLTK - Sequence Labeling Toolkit

序列化标注工具，实现了Bi-LSTM-CRF模型，并利用pytorch实现了高效的数据加载模块，可以完成:

• 预处理。包括构建词表、label表，从预训练文件构建word embedding;
• 训练。训练序列化标注模型，并保存在开发集上性能最好的一次模型;
• 测试。对新的实例进行标注。

1. 快速开始

1.1 数据格式

训练数据处理成下列形式，特征之间用制表符(或空格)隔开，每行共n列，1至n-1列为特征，最后一列为label，句子之间用空行分隔。

苏   NR   B-ORG
州   NR   I-ORG
大   NN   I-ORG
学   NN   E-ORG
位   VV   O
于   VV   O
江   NR   B-GPE
苏   NR   I-GPE
省   NR   E-GPE
苏   NR   B-GPE
州   NR   I-GPE
市   NR   E-GPE

1.2 预处理&训练&测试

Step 1:

将训练集、开发集、测试集处理成所需格式，放入./data/目录下，文件名分别为train.txt、dev_txt和test.txt，其中dev.txt是可选的。

Step 2:

$ cd ./script
$ chmod a+x *.sh
$ ./preprocessing.sh
$ ./train.sh
$ ./test.sh

1.3 处理待测试语料

若需要单独处理待测试语料，则修改./script/preprocessing_raw.py中的path_data和root_idx_data参数，然后执行:

$ ./preprocessing_raw.sh

2. 使用说明

2.1 预处理

训练文件的预处理包括:

• 构建词表，即词->id的映射表，以及label表，以dict格式存放在pkl文件中;
• 构建embedding表，根据所提供的预训练词向量文件，抽取所需要的向量，对于不存在于预训练文件中的词，则随机初始化。结果以np.array的格式存放在pkl文件中;
• 将训练数据按顺序编号，每个实例写入单独的文件中，便于高效加载；
• 统计句子长度，输出句子长度的[90, 95, 98, 100]百分位值;
• 输出标签数量。

运行方式:

$ python3 preprocessing.py -l --path_train ./data/train.txt --path_dev ./data/dev.txt --path_test
./data/test.txt --root_idx_train ./data/train_idx --root_idx_dev ./data/dev_idx -root_idx_test
./data/test_idx --rv ./res/voc/

若需要使用预训练的词向量，则在上述命令之后添加下列命令，其中path_to_embed_file是预训练词向量路径，可以是bin或txt类型的文件:

--re ./res/embed/ --pe ./path_to_embed_file

表. 参数说明

参数	类型	默认值	说明
l	bool	True	待处理数据是否带有标签
f	list	[0]	使用的特征所在的列
path_data	str	./data/train.txt	训练集路径(也可指待标注数据)
path_data	str	./data/train.txt	训练集路径(也可指待标注数据)
path_dev	str	./data/dev.txt	开发集路径
path_test	str	./data/test.txt	测试集路径
root_idx_train	str	./data/train_idx/	训练数据索引文件根目录
root_idx_dev	str	./data/dev_idx/	开发集索引文件根目录
root_idx_test	str	./data/test_idx/	测试集索引文件根目录
rv	str	./res/voc/	root_voc，词表、label表根目录
re	str	./res/embed/	root_embed，embed文件根目录
pe	str	None	path_embed，预训练的embed文件路径，bin或txt；若不提供，则随机初始化
pt	int	98	percentile，构建词表时的百分位值

运行python3 preprocessing.py -h可打印出帮助信息。

2.2 训练

若预处理时root_idx等参数使用的是默认值，则在训练时不需要设定相应参数。

运行方式:

$ CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python3 train.py --ml 90 --bs 256 -g

# 使用第1列和第3列特征
$ CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python3 train.py -f 0,2 --bs 256 --ml 90 -g

# 使用第1列和第3列特征，并设置特征维度分别为64和16
$ CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python3 train.py -f 0,2 --fd 64,16 --bs 256 --ml 90 -g

# 若是英文，可利用字符特征，加入参数-c、--dc、--fs和--fn参数
$ CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python3 train.py --bs 256 --ml 90 -c --dc 16 --fs 3,4 --fn 16,16 -g

参数说明

参数	类型	默认值	说明
f	list	[0]	features，训练时所使用的特征所在的列，若多列特征，则用逗号分隔
root_idx_train	str	./data/train_idx/	训练集索引文件根目录
root_idx_dev	str	./data/dev_idx/	开发集索引文件根目录
rv	str	./res/voc/	root_voc，词表、label表根目录
re	str	./res/embed/	root_embed，embed文件根目录
ml	int	50	max_len，句子最大长度
ds	float	0.2	dev_size，开发集占比
lstm	int	256	lstm unit size，lstm单元数
ln	int	2	layer nums，lstm层数
fd	list	[64]	feature_dim，各列特征的维度，若多列特征，则用逗号分隔
dp	float	0.5	dropout_rate，dropout rate
lr	float	0.002	learning_rate，learning rate
ne	int	100	nb_epoch，迭代次数
mp	int	5	max_patience，最大耐心值，即开发集上性能超过mp次没有提示，则终止训练
rm	str	./model/	root_model，模型根目录
bs	int	64	batch_size，batch size
c	bool	False	是否使用字符特征(针对英文)
dim_char	int	16	字符特征维度
fs	list	[3]	卷积核尺寸(字符特征)
fn	list	[32]	卷积核数量(字符特征)
g	bool	False	是否使用GPU加速
rg	bool	True	是否更新词向量
crf	bool	False	是否使用CRF层
device_ids	list	[0]	GPU编号列表
nw	int	8	num_worker，加载数据时的线程数

运行python3 train.py -h可打印出帮助信息。

2.3 测试

运行方式:

$ CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python3 test.py --bs 256 -g -o ./result.txt

参数	类型	默认值	说明
ri	str	./data/train_idx/	root_idx，训练数据索引文件根目录
rv	str	./res/voc/	root_voc，词表、label表根目录
re	str	./res/embed/	root_embed，embed文件根目录
pm	str	无	path_model，模型路径
bs	int	64	batch_size，batch size
g	bool	False	是否使用GPU加速
nw	int	8	num_worker，加载数据时的线程数
device_ids	list	[0]	GPU编号列表
o	str	./result.txt	预测结果存放路径

运行python3 test.py -h可打印出帮助信息。

2.4 使用字符特征

该特征用于捕获词形层面的特征，在训练时加入-c参数。默认根据--dc参数，即字符维度构建embedding表；若使用了--c_binary参数，则使用one-hot编码作为字符的向量表示，且在模型训练过程中不更新。

2.5 使用多GPU训练&测试

设置说明

以使用第一块、第二块GPU(编号分别为0,1)为例，运行脚本时，需设置CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1，并同时设置参数--device_ids 0,1。

主要注意的是，目前版本在设置多GPU训练时，第一张显卡编号必须设置为0，否则会出错；若只使用单卡训练，则无此限制。

2.6 参数搜索

修改./script/grid_search.py中待搜索的参数，运行该脚本。

3. Requirements

• gensim==2.3.0
• numpy==1.13.1
• torch==0.3.1
• torchvision==0.1.9
• tqdm==4.19.4

4. 参考

• http://pytorch.org/tutorials/beginner/nlp/advanced_tutorial.html
• https://github.com/jiesutd/PyTorchSeqLabel
• http://www.aclweb.org/anthology/N16-1030

Updating

• TODO:
  • 1. 参数搜索;
  • 2. 模型保存方式.
• 2018-04-16:
  • 加入c_binary选项，若使用此选项，则one-hot编码作为字符的向量表示。
• 2018-03-28:
  • 预测结果追加到测试文件列尾：
  • 检查文件中是否存在多个空行。
• 2018-03-26:
  • 加入参数搜索功能(全局搜索/随机搜索)，script/grid_search.py。
• 2018-03-23:
  • 修正模型可重现性问题: 若在GPU上进行conv操作，可能会出现模型结果不可重现，解决方法是torch.backends.cudnn.enabled=False
• 2018-03-15:
  • 加入单机多卡训练功能，详见README.md;
  • 训练时加入crf参数选项，即是否使用CRF层;
  • 加入单独处理待测试语料功能;
  • 调整train.py和test.py中的代码风格.
• 2018-03-14:
  • 修正bugs: 使用nn.ModuleList替换python list和dict；因为list与dict中的权重不会进行更新.
• 2018-03-06:
  • 修正:词向量的随机初始化时加入随机数种子，确保每次初始化时词向量不变.
• 2018-03-05:
  • (1) 预处理中加入开发集选项，若没有提供开发集，则训练过程中会按照ds参数划分部分训练数据作为开发集；
  • (2) 针对英文数据加入字符层面特征(-c选项)，通过--dc、--fs和--fn参数设定相应参数；
  • (3) 设定随机数种子，使模型权重的初始化和数据shuffle方式固定，从而实现相同参数下模型结果不发生变化；
  • (4) 修改crf.py中部分代码，是之适配torch 0.3.1版本。
• 2018-02-27:
  • bilstm.py和bilstm_crf.py移入TorchNN/layers模块中，训练时使用Bi-LSTM-CRF模型.
• 2018-02-26:
  • utils/移入TorchNN/中；添加layers模块，并完成CRF层(未加入模型).