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使用Hugging Face中的BERT进行标题分类

前言
相关介绍
- - 出处
  - 基本原理
  - 优点
  - 缺点
前提条件
实验环境
BERT进行标题分类
- 准备数据集
- 读取数据集
- 划分数据集
- 设置相关参数
- 创建自己DataSet对象
- 计算准确率
- 定义预训练模型
- 定义优化器
- 训练模型
- 保存模型
- 测试模型
参考文献

在这里插入图片描述

前言

由于本人水平有限，难免出现错漏，敬请批评改正。
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玩转Jetson Nano（五）：TensorRT加速YOLOv5目标检测
YOLOv5：添加SE、CBAM、CoordAtt、ECA注意力机制
YOLOv5：yolov5s.yaml配置文件解读、增加小目标检测层
Python将COCO格式实例分割数据集转换为YOLO格式实例分割数据集
YOLOv5：使用7.0版本训练自己的实例分割模型（车辆、行人、路标、车道线等实例分割）
使用Kaggle GPU资源免费体验Stable Diffusion开源项目

前提条件

熟悉Python

实验环境

Package                       Version
----------------------------- ------------
matplotlib                    3.3.4
numpy                         1.19.5
Pillow                        8.4.0
pip                           21.2.2
protobuf                      3.19.6
requests                      2.27.1
scikit-learn                  0.24.2
scipy                         1.5.4
sentencepiece                 0.1.91
setuptools                    58.0.4
threadpoolctl                 3.1.0
thulac                        0.2.2
tokenizers                    0.9.3
torch                         1.9.1+cu111
torchaudio                    0.9.1
torchvision                   0.10.1+cu111
tornado                       6.1
tqdm                          4.64.1
traitlets                     4.3.3
transformers                  3.5.1
urllib3                       1.26.20

BERT进行标题分类

准备数据集

本文数据集下载地址：https://download.csdn.net/download/FriendshipTang/89879428

在这里插入图片描述

academy_titles.txt：该文件是关于学术的标题数据。
job_titles.txt：该文件是关于招聘的标题数据。

读取数据集

# 定义两个list分别存放两个板块的帖子数据
academy_titles = []
job_titles = []
with open('academy_titles.txt', encoding='utf8') as f:for l in f:  # 按行读取文件academy_titles.append(l.strip())  # strip 方法用于去掉行尾空格
with open('job_titles.txt', encoding='utf8') as f:for l in f:  # 按行读取文件job_titles.append(l.strip())  # strip 方法用于去掉行尾空格data_list = []
for title in academy_titles:data_list.append([title, 0])for title in job_titles:data_list.append([title, 1])max_length = 0
for case in data_list:max_length = max(max_length, len(case[0])+2)
print(max_length)

划分数据集

from sklearn.model_selection import train_test_split
train_list, dev_list = train_test_split(data_list,test_size=0.3,random_state=15,shuffle=True)

设置相关参数

import os
import time
import random
import torch
import torch.nn.functional as F
from torch import nn
from tqdm import tqdm
import randomfrom transformers import get_linear_schedule_with_warmup, AdamW
# from transformers import BertTokenizer, BertForSequenceClassification
from transformers import BertTokenizer, BertForSequenceClassification, BertConfig, BertModelif torch.cuda.is_available():device = torch.device("cuda")
else:device = torch.device("cpu")
max_train_epochs = 10
warmup_proportion = 0.05
gradient_accumulation_steps = 2
train_batch_size = 16
valid_batch_size = train_batch_size
test_batch_size = train_batch_size
# data_workers= 2
data_workers= 0learning_rate=1e-6
weight_decay=0.01
max_grad_norm=1.0
cur_time = time.strftime("%Y-%m-%d_%H:%M:%S")

这些参数通常用于配置深度学习模型的训练过程，特别是在使用PyTorch这样的深度学习框架时。下面是对每个参数的解释：

batch_size = 128:
- 批大小（Batch Size）是指在模型训练过程中，一次迭代（iteration）所使用的数据样本数量。这里设置为128，意味着每次更新模型参数前，会使用128个样本来计算损失和梯度。较大的批大小可以加速训练，但也可能增加内存消耗并影响模型的泛化能力。
data_workers = 0:
- 数据加载工作线程数（Data Workers）是指用于并行加载数据的线程数量。设置为0意味着数据加载将在主线程上同步进行，这可能会降低数据加载的速度。通常，增加工作线程数可以加速数据加载过程，但过多的线程可能会增加系统开销。
learning_rate = 0.0001:
- 学习率（Learning Rate）是控制模型参数更新幅度的超参数。较小的学习率意味着参数更新的步长较小，训练过程可能更稳定但收敛速度较慢；较大的学习率可能导致训练过程不稳定甚至发散。这里设置为0.0001是一个相对较小的值，适用于一些精细调整的场景。
gradient_accumulation_steps = 1:
- 梯度累积步数（Gradient Accumulation Steps）是指在更新模型参数前，累积梯量的次数。设置为1意味着每次迭代都会立即更新模型参数。在内存有限但希望使用较大批大小进行训练时，可以通过增加梯度累积步数来模拟较大的批大小。
max_train_epochs = 30:
- 最大训练轮数（Max Training Epochs）是指整个训练数据集被遍历的次数。一个epoch等于整个数据集通过模型一次。这里设置为30，意味着整个数据集将被遍历30次。
warmup_proportion = 0.05:
- 预热比例（Warmup Proportion）是指在训练初期，学习率逐渐增加所占整个训练过程的比例。预热可以帮助模型在训练初期更稳定地更新参数，避免由于初始学习率过高而导致的训练不稳定。这里设置为0.05，意味着在前5%的训练轮数中，学习率会逐渐增加。
weight_decay = 0.01:
- 权重衰减（Weight Decay）是一种正则化技术，用于防止模型过拟合。它通过向损失函数添加一个与模型参数平方成正比的项来实现，鼓励模型参数保持较小值。这里设置为0.01。
max_grad_norm = 1.0:
- 最大梯度范数（Max Grad Norm）是梯度裁剪（Gradient Clipping）的一种形式，用于控制梯度的最大值。如果梯度的范数超过这个值，梯度将被缩放以确保其范数不超过这个值。这有助于防止梯度爆炸问题。这里设置为1.0。
cur_time = time.strftime(“%Y-%m-%d_%H:%M:%S”):
- 这行代码用于获取当前时间，并将其格式化为字符串，通常用于生成具有时间戳的文件名或日志，以便记录训练过程。
device = torch.device(‘cuda’):
- 这行代码指定了模型和数据应该在哪种设备上运行。'cuda'表示使用NVIDIA的CUDA技术来加速计算，通常是在具有NVIDIA GPU的计算机上。如果系统中没有可用的CUDA设备，PyTorch将回退到CPU。

这些参数共同决定了模型训练的具体配置，包括训练速度、模型性能以及训练过程中的稳定性等。

创建自己DataSet对象

# tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-chinese') # 在线读取，可能会报网络错误
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-chinese/') # 注意此处为本地文件夹
class MyDataSet(torch.utils.data.Dataset):def __init__(self, examples):self.examples = examplesdef __len__(self):return len(self.examples)def __getitem__(self, index):example = self.examples[index]title = example[0]label = example[1]r = tokenizer.encode_plus(title, max_length=max_length, padding="max_length")return title, label, index#, r['token_type_ids'], label, indexdef the_collate_fn(batch):r = tokenizer([b[0] for b in batch], padding=True)input_ids = torch.LongTensor(r['input_ids'])attention_mask = torch.LongTensor(r['attention_mask'])label = torch.LongTensor([b[1] for b in batch])indexs = [b[2] for b in batch]return input_ids, attention_mask, label, indexs #, token_type_idstrain_dataset = MyDataSet(train_list)
train_data_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset,batch_size=train_batch_size,shuffle = True,num_workers=data_workers,collate_fn=the_collate_fn,
)dev_dataset = MyDataSet(dev_list)
dev_data_loader = torch.utils.data.DataLoader(dev_dataset,batch_size=train_batch_size,shuffle = False,num_workers=data_workers,collate_fn=the_collate_fn,
)

计算准确率

def get_score():y_true = []y_pred = []for step, batch in enumerate(tqdm(dev_data_loader)):model.eval()with torch.no_grad():input_ids, attention_mask = (b.to(device) for b in batch[:2])y_true += batch[2].numpy().tolist()logist = model(input_ids, attention_mask)[0]result = torch.argmax(logist, 1).cpu().numpy().tolist()y_pred += resultcorrect = 0for i in range(len(y_true)):if y_true[i] == y_pred[i]:correct += 1accuracy = correct / len(y_pred)return accuracy

定义预训练模型

# model = BertForSequenceClassification.from_pretrained('bert-base-chinese') # 在线读取预训练模型
# 本地读取预训练模型
config = BertConfig.from_json_file("bert-base-chinese/config.json")
model = BertForSequenceClassification.from_pretrained("bert-base-chinese/pytorch_model.bin", config=config)model.to(device)

定义优化器

from transformers import AdamW, get_linear_schedule_with_warmupt_total = len(train_data_loader) // gradient_accumulation_steps * max_train_epochs + 1
num_warmup_steps = int(warmup_proportion * t_total)
print('warmup steps : %d' % num_warmup_steps)
no_decay = ['bias', 'LayerNorm.weight'] # no_decay = ['bias', 'LayerNorm.bias', 'LayerNorm.weight']
param_optimizer = list(model.named_parameters())
optimizer_grouped_parameters = [{'params':[p for n, p in param_optimizer if not any(nd in n for nd in no_decay)],'weight_decay': weight_decay},{'params':[p for n, p in param_optimizer if any(nd in n for nd in no_decay)],'weight_decay': 0.0}
]
optimizer = AdamW(optimizer_grouped_parameters, lr=learning_rate, correct_bias=False)
scheduler = get_linear_schedule_with_warmup(optimizer, num_warmup_steps=num_warmup_steps, num_training_steps=t_total)

训练模型

def print_test(title):r = tokenizer([title])input_ids = torch.LongTensor(r['input_ids']).to(device)attention_mask = torch.LongTensor(r['attention_mask']).to(device)logist = model(input_ids, attention_mask)[0]result = torch.argmax(logist, 1).cpu().numpy().tolist()[0]result = ['考研考博', '招聘信息'][result]print(title, result)
def print_cases():print_test('考研心得')print_test('北大实验室博士')print_test('考外校博士')print_test('北大实验室招博士')print_test('工作or考研?')print_test('急求自然语言处理工程师')print_test('校招offer比较')for epoch in range(max_train_epochs):b_time = time.time()model.train()for step, batch in enumerate(tqdm(train_data_loader)):input_ids, attention_mask, label = (b.to(device) for b in batch[:-1])loss = model(input_ids, attention_mask, labels=label)loss = loss[0]loss.backward()if (step + 1) % gradient_accumulation_steps == 0:optimizer.step()scheduler.step() optimizer.zero_grad()print('Epoch = %d Epoch Mean Loss %.4f Time %.2f min' % (epoch+1, loss.item(), (time.time() - b_time)/60))print(get_score())print_cases()

0.9896858884200657
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:20<00:00, 14.83it/s]
Epoch = 2 Epoch Mean Loss 0.0172 Time 0.35 min
100%|██████████| 134/134 [00:02<00:00, 55.21it/s]
0.9967182372245663
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:19<00:00, 15.56it/s]
Epoch = 3 Epoch Mean Loss 0.0123 Time 0.33 min
100%|██████████| 134/134 [00:04<00:00, 31.16it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:22<00:00, 14.12it/s]
Epoch = 4 Epoch Mean Loss 0.0053 Time 0.37 min
100%|██████████| 134/134 [00:04<00:00, 31.56it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:21<00:00, 14.58it/s]
Epoch = 5 Epoch Mean Loss 0.0052 Time 0.36 min
100%|██████████| 134/134 [00:03<00:00, 33.80it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:20<00:00, 14.85it/s]
Epoch = 6 Epoch Mean Loss 0.0030 Time 0.35 min
100%|██████████| 134/134 [00:04<00:00, 33.33it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:21<00:00, 14.79it/s]
Epoch = 7 Epoch Mean Loss 0.0022 Time 0.35 min
100%|██████████| 134/134 [00:04<00:00, 32.78it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:21<00:00, 14.65it/s]
Epoch = 8 Epoch Mean Loss 0.0053 Time 0.35 min
100%|██████████| 134/134 [00:04<00:00, 33.41it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:21<00:00, 14.64it/s]
Epoch = 9 Epoch Mean Loss 0.0052 Time 0.35 min
100%|██████████| 134/134 [00:03<00:00, 33.91it/s]
0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息
100%|██████████| 311/311 [00:20<00:00, 14.84it/s]
Epoch = 10 Epoch Mean Loss 0.0021 Time 0.35 min
100%|██████████| 134/134 [00:04<00:00, 32.88it/s]0.9995311767463666
考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息

保存模型

torch.save(model.state_dict(), 'bert_model_parameter.pkl')
torch.save(model, 'bert_model.pkl')

测试模型

model = torch.load('bert_model.pkl')
model.load_state_dict(torch.load('bert_model_parameter.pkl'))print_cases()

考研心得 考研考博
北大实验室博士 考研考博
考外校博士 考研考博
北大实验室招博士 招聘信息
工作or考研? 考研考博
急求自然语言处理工程师 招聘信息
校招offer比较 招聘信息

参考文献

[1] 论文地址：https://arxiv.org/abs/1810.04805
[2] 开源代码：https://paperswithcode.com/method/bert
[3] https://huggingface.co/docs/transformers/model_doc/bert