分词 | 双向匹配中文分词算法python实现

本次实验内容是基于词典的双向匹配算法的中文分词算法的实现。使用正向和反向最大匹配算法对给定句子进行分词，对得到的结果进行比较，从而决定正确的分词方法。

算法描述
正向最大匹配算法
先设定扫描的窗口大小maxLen（最好是字典最长的单词长度），从左向右取待切分汉语句的maxLen个字符作为匹配字段。查找词典并进行匹配。若匹配成功，则将这个匹配字段作为一个词切分出来，并将窗口向右移动这个单词的长度。若匹配不成功，则将这个匹配字段的最后一个字去掉，剩下的字符串作为新的匹配字段，进行再次匹配，重复以上过程，直到切分出所有词为止。

反向最大匹配算法
该算法是正向的逆向算法，区别是窗口是从后向左扫描，若匹配不成功，则去掉第一个字符，重复上述的匹配步骤。

双向最大匹配算法
双向最大匹配法是将正向最大匹配法得到的分词结果和逆向最大匹配法的到的结果进行比较，从而决定正确的分词方法。定义的匹配规则如下：

如果正反向匹配算法得到的结果相同，我们则认为分词正确，返回任意一个结果即可。
如果正反向匹配算法得到的结果不同，则考虑单字词、非字典词、总词数数量的数量，三者的数量越少，认为分词的效果越好。我们设定一个惩罚分数（score_fmm / score_bmm = 0），例如：正向匹配中单字词数量多于反向匹配，则正向匹配的分值score_fmm += 1。其他两个条件相同。可以根据实际的分词效果调整惩罚分数的大小，但由于没有正确分词的数据，因此惩罚分数都设为1。最后比较惩罚分数，返回较小的匹配结果。

详例描述
以“对外经济技术合作与交流不断扩大。”为例，详细描述算法如下：
窗口大小设为4，句子长度为16，分词列表words = []。

首先是正向匹配。sub_str = ‘对外经济’与词典进行匹配，匹配失败，窗口大小减一。
sub_str = ‘对外经’与词典进行匹配，匹配失败，窗口大小减一。
sub_str = ‘对外’与词典进行匹配，匹配成功，窗口大小恢复为4，向右移动之前匹配词的长度，此时sub_str = ‘经济技术’，将其添加至列表words中。重复上述步骤。
当匹配到最后一个词时，算法停止。
正向匹配结果如下：[‘对外’, ‘经济’, ‘技术’, ‘合作’, ‘与’, ‘交流’, ‘不断’, ‘扩大’, ‘。’]
反向匹配如法炮制，结果如下：[‘对外’, ‘经济’, ‘技术’, ‘合作’, ‘与’, ‘交流’, ‘不断’, ‘扩大’, ‘。’]
正向与反向匹配结果相同，返回任意一个。

代码：

加载字典

def read_dict(path):
    words_dict = []
    with open(path, 'r') as r:
        line = r.readlines()
        # print(line)
        for i in line:
            word = i.split(',')
            words_dict.append(word[0])
    return words_dict

window_size = 4

正向匹配算法

def fmm(source, words_dict):
    len_source = len(source)  # 原句长度
    index = 0
    words = []  # 分词后句子每个词的列表

    while index < len_source:  # 如果下标未超过句子长度
        match = False
        for i in range(window_size, 0, -1):
            sub_str = source[index: index+i]
            if sub_str in words_dict:
                match = True
                words.append(sub_str)
                index += i
                break
        if not match:
            words.append(source[index])
            index += 1
    return words

反向匹配算法

def bmm(source, word_dict):
    len_source = len(source)  # 原句长度
    index = len_source
    words = []  # 分词后句子每个词的列表

    while index > 0:
        match = False
        for i in range(window_size, 0, -1):
            sub_str = source[index-i: index]
            if sub_str in words_dict:
                match = True
                words.append(sub_str)
                index -= i
                break
        if not match:
            words.append(source[index-1])
            index -= 1
    words.reverse()  # 得到的列表倒序
    return words

双向匹配算法

def bi_mm(source, word_dict):
    forward = fmm(source, words_dict)
    backward = bmm(source, words_dict)
    # 正反向分词结果
    print("FMM: ", forward)
    print("BMM: ", backward)
    # 单字词个数
    f_single_word = 0
    b_single_word = 0
    # 总词数
    tot_fmm = len(forward)
    tot_bmm = len(backward)
    # 非字典词数
    oov_fmm = 0
    oov_bmm = 0
    # 罚分，罚分值越低越好
    score_fmm = 0
    score_bmm = 0
    # 如果正向和反向结果一样，返回任意一个
    if forward == backward:
        return backward
    # print(backward)
    else:  # 分词结果不同，返回单字数、非字典词、总词数少的那一个
        for each in forward:
            if len(each) == 1:
                f_single_word += 1
        for each in backward:
            if len(each) == 1:
                b_single_word += 1
        for each in forward:
            if each not in words_dict:
                oov_fmm += 1
        for each in backward:
            if each not in backward:
                oov_bmm += 1
        # 可以根据实际情况调整惩罚分值
        # 这里都罚分都为1分
        # 非字典词越少越好
        if oov_fmm > oov_bmm:
            score_bmm += 1
        elif oov_fmm < oov_bmm:
            score_fmm += 1
        # 总词数越少越好
        if tot_fmm > tot_bmm:
            score_bmm += 1
        elif tot_fmm < tot_bmm:
            score_fmm += 1
        # 单字词越少越好
        if f_single_word > b_single_word:
            score_bmm += 1
        elif f_single_word < b_single_word:
            score_fmm += 1

        # 返回罚分少的那个
        if score_fmm < score_bmm:
            return forward
        else:
            return backward

主函数，测试了分词的时间，包括加载词典的时间

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    words_dict = read_dict('chineseDic.txt')
    # print(bmm("我正在上自然语言处理课。", words_dict))
    # print("result: ", result)
    print("BiMM: ", bi_mm("对外经济技术合作与交流不断扩大。", words_dict))
    end = time.time()
    print("running time: " + str(end - start) + "s")