Python NLP快速入门教程
来源: http://www.spiderpy.cn/blog/detail/30#Coon
本文简要介绍Python自然语言处理(NLP)，使用Python的NLTK库。NLTK是Python的自然语言处理工具包，在NLP领域中，最常使用的一个Python库。
什么是NLP？
简单来说，自然语言处理(NLP)就是开发能够理解人类语言的应用程序或服务。
这里讨论一些自然语言处理(NLP)的实际应用例子，如语音识别、语音翻译、理解完整的句子、理解匹配词的同义词，以及生成语法正确完整句子和段落。
这并不是NLP能做的所有事情。
NLP实现
搜索引擎: 比如谷歌，Yahoo等。谷歌搜索引擎知道你是一个技术人员，所以它显示与技术相关的结果；
社交网站推送:比如Facebook News Feed。如果News Feed算法知道你的兴趣是自然语言处理，就会显示相关的广告和帖子。
语音引擎:比如Apple的Siri。
垃圾邮件过滤:如谷歌垃圾邮件过滤器。和普通垃圾邮件过滤不同，它通过了解邮件内容里面的的深层意义，来判断是不是垃圾邮件。
NLP库
下面是一些开源的自然语言处理库(NLP)：
Natural language toolkit (NLTK);
Apache OpenNLP;
Stanford NLP suite;
Gate NLP library
其中自然语言工具包(NLTK)是最受欢迎的自然语言处理库(NLP)，它是用Python编写的，而且背后有非常强大的社区支持。
NLTK也很容易上手，实际上，它是最简单的自然语言处理(NLP)库。
在这个NLP教程中，我们将使用Python NLTK库。
安装 NLTK
如果您使用的是Windows/Linux/Mac，您可以使用pip安装NLTK:
1pip install nltk
打开python终端导入NLTK检查NLTK是否正确安装：
1import nltk
如果一切顺利，这意味着您已经成功地安装了NLTK库。首次安装了NLTK，需要通过运行以下代码来安装NLTK扩展包:
1import nltk
2nltk.download()
这将弹出NLTK 下载窗口来选择需要安装哪些包:
您可以安装所有的包，因为它们的大小都很小，所以没有什么问题。
使用Python Tokenize文本
首先，我们将抓取一个web页面内容，然后分析文本了解页面的内容。
我们将使用urllib模块来抓取web页面:
1import urllib.request
2response = urllib.request.urlopen('http://php.net/')
3html = response.read()
4print (html)
从打印结果中可以看到，结果包含许多需要清理的HTML标签。 然后BeautifulSoup模块来清洗这样的文字:
1from bs4 import BeautifulSoup
2import urllib.request
3response = urllib.request.urlopen('http://php.net/')
4html = response.read()
5soup = BeautifulSoup(html,"html5lib")
6# 这需要安装html5lib模块
7text = soup.get_text(strip=True)
8print (text)
现在我们从抓取的网页中得到了一个干净的文本。 下一步，将文本转换为tokens,像这样:
1from bs4 import BeautifulSoup
2import urllib.request
3response = urllib.request.urlopen('http://php.net/')
4html = response.read()
5soup = BeautifulSoup(html,"html5lib")
6text = soup.get_text(strip=True)
7tokens = text.split()
8print (tokens)
统计词频
text已经处理完毕了，现在使用Python NLTK统计token的频率分布。
可以通过调用NLTK中的FreqDist()方法实现:
1from bs4 import BeautifulSoup
2import urllib.request
3import nltk
4response = urllib.request.urlopen('http://php.net/')
5html = response.read()
6soup = BeautifulSoup(html,"html5lib")
7text = soup.get_text(strip=True)
8tokens = text.split()
9freq = nltk.FreqDist(tokens)
10for key,val in freq.items():
11 print (str(key) + ':' + str(val))
如果搜索输出结果，可以发现最常见的token是PHP。 您可以调用plot函数做出频率分布图:
1freq.plot(20, cumulative=False)
2# 需要安装matplotlib库
这上面这些单词。比如of,a,an等等，这些词都属于停用词。
一般来说，停用词应该删除，防止它们影响分析结果。
处理停用词
NLTK自带了许多种语言的停用词列表，如果你获取英文停用词:
1from nltk.corpus import stopwords
2stopwords.words('english')
现在，修改下代码,在绘图之前清除一些无效的token:
1clean_tokens = list()
2sr = stopwords.words('english')
3for token in tokens:
4 if token not in sr:
5 clean_tokens.append(token)
最终的代码应该是这样的:
1from bs4 import BeautifulSoup
2import urllib.request
3import nltk
4from nltk.corpus import stopwords
5response = urllib.request.urlopen('http://php.net/')
6html = response.read()
7soup = BeautifulSoup(html,"html5lib")
8text = soup.get_text(strip=True)
9tokens = text.split()
10clean_tokens = list()
11sr = stopwords.words('english')
12for token in tokens:
13 if not token in sr:
14 clean_tokens.append(token)
15freq = nltk.FreqDist(clean_tokens)
16for key,val in freq.items():
17 print (str(key) + ':' + str(val))
现在再做一次词频统计图，效果会比之前好些，因为剔除了停用词:
1freq.plot(20,cumulative=False)
使用NLTK Tokenize文本
在之前我们用split方法将文本分割成tokens，现在我们使用NLTK来Tokenize文本。
文本没有Tokenize之前是无法处理的，所以对文本进行Tokenize非常重要的。token化过程意味着将大的部件分割为小部件。
你可以将段落tokenize成句子，将句子tokenize成单个词，NLTK分别提供了句子tokenizer和单词tokenizer。
假如有这样这段文本:
1Hello Adam, how are you? I hope everything is going well. Today is a good day, see you dude.
使用句子tokenizer将文本tokenize成句子:
1from nltk.tokenize import sent_tokenize
2mytext = "Hello Adam, how are you? I hope everything is going well. Today is a good day, see you dude."
3print(sent_tokenize(mytext))
输出如下:
1['Hello Adam, how are you?', 'I hope everything is going well.', 'Today is a good day, see you dude.']
这是你可能会想，这也太简单了，不需要使用NLTK的tokenizer都可以，直接使用正则表达式来拆分句子就行，因为每个句子都有标点和空格。
那么再来看下面的文本:
1Hello Mr. Adam, how are you? I hope everything is going well. Today is a good day, see you dude.
这样如果使用标点符号拆分,Hello Mr将会被认为是一个句子，如果使用NLTK:
1from nltk.tokenize import sent_tokenize
2mytext = "Hello Mr. Adam, how are you? I hope everything is going well. Today is a good day, see you dude."
3print(sent_tokenize(mytext))
输出如下:
1['Hello Mr. Adam, how are you?', 'I hope everything is going well.', 'Today is a good day, see you dude.']
这才是正确的拆分。
接下来试试单词tokenizer:
1from nltk.tokenize import word_tokenize
2mytext = "Hello Mr. Adam, how are you? I hope everything is going well. Today is a good day, see you dude."
3print(word_tokenize(mytext))
输出如下:
1['Hello', 'Mr.', 'Adam', ',', 'how', 'are', 'you', '?', 'I', 'hope', 'everything', 'is', 'going', 'well', '.', 'Today', 'is', 'a', 'good', 'day', ',', 'see', 'you', 'dude', '.']
Mr.这个词也没有被分开。NLTK使用的是punkt模块的PunktSentenceTokenizer，它是NLTK.tokenize的一部分。而且这个tokenizer经过训练，可以适用于多种语言。
非英文Tokenize
Tokenize时可以指定语言:
1from nltk.tokenize import sent_tokenize
2mytext = "Bonjour M. Adam, comment allez-vous? J'espère que tout va bien. Aujourd'hui est un bon jour."
3print(sent_tokenize(mytext,"french"))
输出结果如下:
1['Bonjour M. Adam, comment allez-vous?', "J'espère que tout va bien.", "Aujourd'hui est un bon jour."]
同义词处理
使用nltk.download()安装界面，其中一个包是WordNet。
WordNet是一个为自然语言处理而建立的数据库。它包括一些同义词组和一些简短的定义。
您可以这样获取某个给定单词的定义和示例:
1from nltk.corpus import wordnet
2syn = wordnet.synsets("pain")
3print(syn[0].definition())
4print(syn[0].examples())
输出结果是:
1a symptom of some physical hurt or disorder
2['the patient developed severe pain and distension']
WordNet包含了很多定义：
1from nltk.corpus import wordnet
2syn = wordnet.synsets("NLP")
3print(syn[0].definition())
4syn = wordnet.synsets("Python")
5print(syn[0].definition())
结果如下:
1the branch of information science that deals with natural language information
2large Old World boas
可以像这样使用WordNet来获取同义词:
1from nltk.corpus import wordnet
2synonyms = []
3for syn in wordnet.synsets('Computer'):
4 for lemma in syn.lemmas():
5 synonyms.append(lemma.name())
6print(synonyms)
输出:
1['computer', 'computing_machine', 'computing_device', 'data_processor', 'electronic_computer', 'information_processing_system', 'calculator', 'reckoner', 'figurer', 'estimator', 'computer']
反义词处理
也可以用同样的方法得到反义词：
1from nltk.corpus import wordnet
2antonyms = []
3for syn in wordnet.synsets("small"):
4 for l in syn.lemmas():
5 if l.antonyms():
6 antonyms.append(l.antonyms()[0].name())
7print(antonyms)
输出:
1['large', 'big', 'big']
词干提取
语言形态学和信息检索里，词干提取是去除词缀得到词根的过程，例如working的词干为work。
搜索引擎在索引页面时就会使用这种技术，所以很多人为相同的单词写出不同的版本。
有很多种算法可以避免这种情况，最常见的是波特词干算法。NLTK有一个名为PorterStemmer的类，就是这个算法的实现:
1from nltk.stem import PorterStemmer
2stemmer = PorterStemmer()
3print(stemmer.stem('working'))
4print(stemmer.stem('worked'))
输出结果是:
1work
2work
还有其他的一些词干提取算法，比如 Lancaster词干算法。
非英文词干提取
除了英文之外，SnowballStemmer还支持13种语言。
支持的语言:
1from nltk.stem import SnowballStemmer
2print(SnowballStemmer.languages)
结果：
1'danish', 'dutch', 'english', 'finnish', 'french', 'german', 'hungarian', 'italian', 'norwegian', 'porter', 'portuguese', 'romanian', 'russian', 'spanish', 'swedish'
你可以使用SnowballStemmer类的stem函数来提取像这样的非英文单词：
1from nltk.stem import SnowballStemmer
2french_stemmer = SnowballStemmer('french')
3print(french_stemmer.stem("French word"))
单词变体还原
单词变体还原类似于词干，但不同的是，变体还原的结果是一个真实的单词。不同于词干，当你试图提取某些词时，它会产生类似的词:
1from nltk.stem import PorterStemmer
2stemmer = PorterStemmer()
3print(stemmer.stem('increases'))
结果:
1increas
现在，如果用NLTK的WordNet来对同一个单词进行变体还原，才是正确的结果:
1from nltk.stem import WordNetLemmatizer
2lemmatizer = WordNetLemmatizer()
3print(lemmatizer.lemmatize('increases'))
结果:
1increase
结果可能会是一个同义词或同一个意思的不同单词。
有时候将一个单词做变体还原时，总是得到相同的词。
这是因为语言的默认部分是名词。要得到动词，可以这样指定：
1from nltk.stem import WordNetLemmatizer
2lemmatizer = WordNetLemmatizer()
3print(lemmatizer.lemmatize('playing', pos="v"))
结果:
1play
实际上，这也是一种很好的文本压缩方式，最终得到文本只有原先的50%到60%。
结果还可以是动词(v)、名词(n)、形容词(a)或副词(r)：
1from nltk.stem import WordNetLemmatizer
2lemmatizer = WordNetLemmatizer()
3print(lemmatizer.lemmatize('playing', pos="v"))
4print(lemmatizer.lemmatize('playing', pos="n"))
5print(lemmatizer.lemmatize('playing', pos="a"))
6print(lemmatizer.lemmatize('playing', pos="r"))
输出:
1lay
2playing
3playing
4playing
词干和变体的区别
通过下面例子来观察:
1from nltk.stem import WordNetLemmatizer
2from nltk.stem import PorterStemmer
3stemmer = PorterStemmer()
4lemmatizer = WordNetLemmatizer()
5print(stemmer.stem('stones'))
6print(stemmer.stem('speaking'))
7print(stemmer.stem('bedroom'))
8print(stemmer.stem('jokes'))
9print(stemmer.stem('lisa'))
10print(stemmer.stem('purple'))
11print('----------------------')
12print(lemmatizer.lemmatize('stones'))
13print(lemmatizer.lemmatize('speaking'))
14print(lemmatizer.lemmatize('bedroom'))
15print(lemmatizer.lemmatize('jokes'))
16print(lemmatizer.lemmatize('lisa'))
17print(lemmatizer.lemmatize('purple'))
输出:
1stone
2speak
3bedroom
4joke
5lisa
6purpl
7---------------------
8stone
9speaking
10bedroom
11joke
12lisa
13purple
词干提取不会考虑语境，这也是为什么词干提取比变体还原快且准确度低的原因。
个人认为，变体还原比词干提取更好。单词变体还原返回一个真实的单词，即使它不是同一个单词，也是同义词，但至少它是一个真实存在的单词。
如果你只关心速度，不在意准确度，这时你可以选用词干提取。
在此NLP教程中讨论的所有步骤都只是文本预处理。在以后的文章中，将会使用Python NLTK来实现文本分析。
完毕。
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