Python自然语言处理工具小结

2016年11月21日21:45:26

1 Python 的几个自然语言处理工具

NLTK:NLTK 在用 Python 处理自然语言的工具中处于领先的地位。它提供了 WordNet 这种方便处理词汇资源的借口，还有分类、分词、除茎、标注、语法分析、语义推理等类库。
Pattern:Pattern 的自然语言处理工具有词性标注工具(Part-Of-Speech Tagger)，N元搜索(n-gram search)，情感分析(sentiment analysis)，WordNet。支持机器学习的向量空间模型，聚类，向量机。
TextBlob:TextBlob 是一个处理文本数据的 Python 库。提供了一些简单的api解决一些自然语言处理的任务，例如词性标注、名词短语抽取、情感分析、分类、翻译等等。
Gensim:Gensim 提供了对大型语料库的主题建模、文件索引、相似度检索的功能。它可以处理大于RAM内存的数据。作者说它是“实现无干预从纯文本语义建模的最强大、最高效、最无障碍的软件。
PyNLPI:它的全称是：Python自然语言处理库（Python Natural Language Processing Library，音发作: pineapple）这是一个各种自然语言处理任务的集合，PyNLPI可以用来处理N元搜索，计算频率表和分布，建立语言模型。他还可以处理向优先队列这种更加复杂的数据结构，或者像 Beam 搜索这种更加复杂的算法。
spaCy:这是一个商业的开源软件。结合Python和Cython，它的自然语言处理能力达到了工业强度。是速度最快，领域内最先进的自然语言处理工具。
Polyglot:Polyglot 支持对海量文本和多语言的处理。它支持对165种语言的分词，对196中语言的辨识，40种语言的专有名词识别，16种语言的词性标注，136种语言的情感分析，137种语言的嵌入，135种语言的形态分析，以及69中语言的翻译。
MontyLingua:MontyLingua 是一个自由的、训练有素的、端到端的英文处理工具。输入原始英文文本到 MontyLingua ，就会得到这段文本的语义解释。适合用来进行信息检索和提取，问题处理，回答问题等任务。从英文文本中，它能提取出主动宾元组，形容词、名词和动词短语，人名、地名、事件，日期和时间，等语义信息。
BLLIP Parser:BLLIP Parser（也叫做Charniak-Johnson parser）是一个集成了产生成分分析和最大熵排序的统计自然语言工具。包括命令行和 python接口。
Quepy:Quepy是一个Python框架，提供将自然语言转换成为数据库查询语言。可以轻松地实现不同类型的自然语言和数据库查询语言的转化。所以，通过Quepy，仅仅修改几行代码，就可以实现你自己的自然语言查询数据库系统。GitHub:https://github.com/machinalis/quepy
HanNLP：HanLP是由一系列模型与算法组成的Java工具包，目标是普及自然语言处理在生产环境中的应用。不仅仅是分词，而是提供词法分析、句法分析、语义理解等完备的功能。HanLP具备功能完善、性能高效、架构清晰、语料时新、可自定义的特点。文档使用操作说明：Python调用自然语言处理包HanLP 和菜鸟如何调用HanNLP

2 OpenNLP：进行中文命名实体识别

OpenNLP是Apach下的Java自然语言处理API，功能齐全。如下给大家介绍一下使用OpenNLP进行中文语料命名实体识别的过程。

首先是预处理工作，分词去听用词等等的就不啰嗦了，其实将分词的结果中间加上空格隔开就可以了，OpenNLP可以将这样形式的的语料照处理英文的方式处理，有些关于字符处理的注意点在后面会提到。

其次我们要准备各个命名实体类别所对应的词库，词库被存在文本文档中，文档名即是命名实体类别的TypeName，下面两个function分别是载入某类命名实体词库中的词和载入命名实体的类别。

/**
	 * 载入词库中的命名实体
	 *
	 * @param nameListFile
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static List<String> loadNameWords(File nameListFile)
			throws Exception {
		List<String> nameWords = new ArrayList<String>();
 
		if (!nameListFile.exists() || nameListFile.isDirectory()) {
			System.err.println("不存在那个文件");
			return null;
		}
 
		BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(nameListFile));
		String line = null;
		while ((line = br.readLine()) != null) {
			nameWords.add(line);
		}
 
		br.close();
 
		return nameWords;
	}
 
	/**
	 * 获取命名实体类型
	 *
	 * @param nameListFile
	 * @return
	 */
	public static String getNameType(File nameListFile) {
		String nameType = nameListFile.getName();
 
		return nameType.substring(0, nameType.lastIndexOf("."));
	}

因为OpenNLP要求的训练语料是这样子的：

XXXXXX<START:Person>????<END>XXXXXXXXX<START:Action>????<END>XXXXXXX

被标注的命名实体被放在<START><END>范围中，并标出了实体的类别。接下来是对命名实体识别模型的训练，先上代码：

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.StringReader;
import java.util.Collections;
 
import opennlp.tools.namefind.NameFinderME;
import opennlp.tools.namefind.NameSample;
import opennlp.tools.namefind.NameSampleDataStream;
import opennlp.tools.namefind.TokenNameFinderModel;
import opennlp.tools.util.ObjectStream;
import opennlp.tools.util.PlainTextByLineStream;
import opennlp.tools.util.featuregen.AggregatedFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.PreviousMapFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.TokenClassFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.TokenFeatureGenerator;
import opennlp.tools.util.featuregen.WindowFeatureGenerator;
 
/**
 * 中文命名实体识别模型训练组件
 *
 * @author ddlovehy
 *
 */
public class NamedEntityMultiFindTrainer {
 
	// 默认参数
	private int iterations = 80;
	private int cutoff = 5;
	private String langCode = "general";
	private String type = "default";
 
	// 待设定的参数
	private String nameWordsPath; // 命名实体词库路径
	private String dataPath; // 训练集已分词语料路径
	private String modelPath; // 模型存储路径
 
	public NamedEntityMultiFindTrainer() {
		super();
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}
 
	public NamedEntityMultiFindTrainer(String nameWordsPath, String dataPath,
			String modelPath) {
		super();
		this.nameWordsPath = nameWordsPath;
		this.dataPath = dataPath;
		this.modelPath = modelPath;
	}
 
	public NamedEntityMultiFindTrainer(int iterations, int cutoff,
			String langCode, String type, String nameWordsPath,
			String dataPath, String modelPath) {
		super();
		this.iterations = iterations;
		this.cutoff = cutoff;
		this.langCode = langCode;
		this.type = type;
		this.nameWordsPath = nameWordsPath;
		this.dataPath = dataPath;
		this.modelPath = modelPath;
	}
 
	/**
	 * 生成定制特征
	 *
	 * @return
	 */
	public AggregatedFeatureGenerator prodFeatureGenerators() {
		AggregatedFeatureGenerator featureGenerators = new AggregatedFeatureGenerator(
				new WindowFeatureGenerator(new TokenFeatureGenerator(), 2, 2),
				new WindowFeatureGenerator(new TokenClassFeatureGenerator(), 2,
						2), new PreviousMapFeatureGenerator());
 
		return featureGenerators;
	}
 
	/**
	 * 将模型写入磁盘
	 *
	 * @param model
	 * @throws Exception
	 */
	public void writeModelIntoDisk(TokenNameFinderModel model) throws Exception {
		File outModelFile = new File(this.getModelPath());
		FileOutputStream outModelStream = new FileOutputStream(outModelFile);
		model.serialize(outModelStream);
	}
 
	/**
	 * 读出标注的训练语料
	 *
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public String getTrainCorpusDataStr() throws Exception {
 
		// TODO 考虑入持久化判断直接载入标注数据的情况 以及增量式训练
 
		String trainDataStr = null;
		trainDataStr = NameEntityTextFactory.prodNameFindTrainText(
				this.getNameWordsPath(), this.getDataPath(), null);
 
		return trainDataStr;
	}
 
	/**
	 * 训练模型
	 *
	 * @param trainDataStr
	 *            已标注的训练数据整体字符串
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public TokenNameFinderModel trainNameEntitySamples(String trainDataStr)
			throws Exception {
		ObjectStream<NameSample> nameEntitySample = new NameSampleDataStream(
				new PlainTextByLineStream(new StringReader(trainDataStr)));
 
		System.out.println("**************************************");
		System.out.println(trainDataStr);
 
		TokenNameFinderModel nameFinderModel = NameFinderME.train(
				this.getLangCode(), this.getType(), nameEntitySample,
				this.prodFeatureGenerators(),
				Collections.<String, Object> emptyMap(), this.getIterations(),
				this.getCutoff());
 
		return nameFinderModel;
	}
 
	/**
	 * 训练组件总调用方法
	 *
	 * @return
	 */
	public boolean execNameFindTrainer() {
 
		try {
			String trainDataStr = this.getTrainCorpusDataStr();
			TokenNameFinderModel nameFinderModel = this
					.trainNameEntitySamples(trainDataStr);
			// System.out.println(nameFinderModel);
			this.writeModelIntoDisk(nameFinderModel);
 
			return true;
		} catch (Exception e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
 
			return false;
		}
	}
｝

注：

参数：iterations是训练算法迭代的次数，太少了起不到训练的效果，太大了会造成过拟合，所以各位可以自己试试效果；
cutoff：语言模型扫描窗口的大小，一般设成5就可以了，当然越大效果越好，时间可能会受不了；
langCode：语种代码和type实体类别，因为没有专门针对中文的代码，设成“普通”的即可，实体的类别因为我们想训练成能识别多种实体的模型，于是设置为“默认”。

说明：

prodFeatureGenerators()方法用于生成个人订制的特征生成器，其意义在于选择什么样的n-gram语义模型，代码当中显示的是选择窗口大小为5，待测命名实体词前后各扫描两个词的范围计算特征（加上自己就是5个），或许有更深更准确的意义，请大家指正；
trainNameEntitySamples()方法，训练模型的核心，首先是将如上标注的训练语料字符串传入生成字符流，再通过NameFinderME的train()方法传入上面设定的各个参数，订制特征生成器等等，关于源实体映射对，就按默认传入空Map就好了。

源代码开源在：https://github.com/Ailab403/ailab-mltk4j，test包里面对应有完整的调用demo，以及file文件夹里面的测试语料和已经训练好的模型。

3 StanfordNLP：

Stanford NLP Group是斯坦福大学自然语言处理的团队，开发了多个NLP工具。其开发的工具包括以下内容：

Stanford CoreNLP : 采用Java编写的面向英文的处理工具，下载网址为：。主要功能包括分词、词性标注、命名实体识别、语法分析等。
Stanford Word Segmenter : 采用CRF（条件随机场）算法进行分词，也是基于Java开发的，同时可以支持中文和Arabic，官方要求Java版本1.6以上，推荐内存至少1G。

简单的示例程序：

//设置分词器属性。
   Properties props = new Properties();
//字典文件地址，可以用绝对路径，如d:/data
   props.setProperty("sighanCorporaDict", "data");
//字典压缩包地址，可以用绝对路径
   props.setProperty("serDictionary","data/dict-chris6.ser.gz");
//输入文字的编码；
   props.setProperty("inputEncoding", "UTF-8");
   props.setProperty("sighanPostProcessing", "true");
//初始化分词器，
   CRFClassifier classifier = new CRFClassifier(props);
//从持久化文件中加载分词器设置；
   classifier.loadClassifierNoExceptions("data/ctb.gz", props);
   // flags must be re-set after data is loaded
   classifier.flags.setProperties(props);
//分词
   List words = classifier.segmentString("语句内容");

Stanford POS Tagger : 采用Java编写的面向英文、中文、法语、阿拉伯语、德语的命名实体识别工具。
Stanford Named Entity Recognizer ：采用条件随机场模型的命名实体工具。
Stanford Parser：进行语法分析的工具，支持英文、中文、阿拉伯文和法语。
Stanford Classifier : 采用Java编写的分类器。

最后附上关于中文分词器性能比较的一篇文章:http://www.cnblogs.com/wgp13x/p/3748764.html

实现中文命名实体识别

1、分词介绍

斯坦福大学的分词器，该系统需要JDK 1.8+，从上面链接中下载stanford-segmenter-2014-10-26，解压之后，如下图所示

进入data目录，其中有两个gz压缩文件，分别是ctb.gz和pku.gz，其中CTB：宾州大学的中国树库训练资料，PKU：中国北京大学提供的训练资料。当然了，你也可以自己训练，一个训练的例子可以在这里面看到http://nlp.stanford.edu/software/trainSegmenter-20080521.tar.gz

2、NER介绍

斯坦福NER是采用Java实现，可以识别出（PERSON，ORGANIZATION，LOCATION），使用本软件发表的研究成果需引用下述论文：

下载地址在：http://nlp.stanford.edu/~manning/papers/gibbscrf3.pdf

在NER页面可以下载到两个压缩文件，分别是stanford-ner-2014-10-26和stanford-ner-2012-11-11-chinese

将两个文件解压可看到

默认NER可以用来处理英文，如果需要处理中文要另外处理。

3、分词和NER使用

在Eclipse中新建一个Java Project，将data目录拷贝到项目根路径下，再把stanford-ner-2012-11-11-chinese解压的内容全部拷贝到classifiers文件夹下，将stanford-segmenter-3.5.0加入到classpath之中，将classifiers文件夹拷贝到项目根目录，将stanford-ner-3.5.0.jar和stanford-ner.jar加入到classpath中。最后，去http://nlp.stanford.edu/software/corenlp.shtml下载stanford-corenlp-full-2014-10-31，将解压之后的stanford-corenlp-3.5.0也加入到classpath之中。最后的Eclipse中结构如下：

Chinese NER：这段说明，很清晰，需要将中文分词的结果作为NER的输入，然后才能识别出NER来。

同时便于测试，本Demo使用junit-4.10.jar，下面开始上代码

import edu.stanford.nlp.ie.AbstractSequenceClassifier;
import edu.stanford.nlp.ie.crf.CRFClassifier;
import edu.stanford.nlp.ling.CoreLabel; 
 
/**
*
* <p>
* ClassName ExtractDemo
* </p>
* <p>
* Description 加载NER模块
*
*/
public class ExtractDemo {
private static AbstractSequenceClassifier<CoreLabel> ner;
public ExtractDemo() {
InitNer();
}
public void InitNer() {
String serializedClassifier = "classifiers/chinese.misc.distsim.crf.ser.gz"; // chinese.misc.distsim.crf.ser.gz
if (ner == null) {
ner = CRFClassifier.getClassifierNoExceptions(serializedClassifier);
}
} 
 
public String doNer(String sent) {
return ner.classifyWithInlineXML(sent);
} 
 
public static void main(String args[]) {
String str = "我 去 吃饭 ， 告诉 李强 一声 。";
ExtractDemo extractDemo = new ExtractDemo();
System.out.println(extractDemo.doNer(str));
System.out.println("Complete!");
} 
 
}

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.Properties; 
 
import org.apache.commons.io.FileUtils; 
 
import edu.stanford.nlp.ie.crf.CRFClassifier;
import edu.stanford.nlp.ling.CoreLabel; 
 
/**
*
* <p>
* Description 使用Stanford CoreNLP进行中文分词
* </p>
*
*/
public class ZH_SegDemo {
public static CRFClassifier<CoreLabel> segmenter;
static {
// 设置一些初始化参数
Properties props = new Properties();
props.setProperty("sighanCorporaDict", "data");
props.setProperty("serDictionary", "data/dict-chris6.ser.gz");
props.setProperty("inputEncoding", "UTF-8");
props.setProperty("sighanPostProcessing", "true");
segmenter = new CRFClassifier<CoreLabel>(props);
segmenter.loadClassifierNoExceptions("data/ctb.gz", props);
segmenter.flags.setProperties(props);
} 
 
public static String doSegment(String sent) {
String[] strs = (String[]) segmenter.segmentString(sent).toArray();
StringBuffer buf = new StringBuffer();
for (String s : strs) {
buf.append(s + " ");
}
System.out.println("segmented res: " + buf.toString());
return buf.toString();
} 
 
public static void main(String[] args) {
try {
String readFileToString = FileUtils.readFileToString(new File("澳门141人食物中毒与进食“问题生蚝”有关.txt"));
String doSegment = doSegment(readFileToString);
System.out.println(doSegment); 
 
ExtractDemo extractDemo = new ExtractDemo();
System.out.println(extractDemo.doNer(doSegment)); 
 
System.out.println("Complete!");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} 
 
}
}

注意一定是JDK 1.8+的环境，最后输出结果如下：

4 IKAnalyzer

IK Analyzer是一个开源的，基于Java语言开发的轻量级的中文分词工具包。IK支持细粒度和智能分词两种切分模式，支持英文字母、数字、中文词汇等分词处理，兼容韩文、日文字符。可以支持用户自定义的词典，通过配置IKAnalyzer.cfg.xml文件来实现，可以配置自定义的扩展词典和停用词典。词典需要采用UTF-8无BOM格式编码，并且每个词语占一行。配置文件如下所示：

<properties>
	<comment>IK Analyzer 扩展配置</comment>
	<!--用户可以在这里配置自己的扩展字典-->
	<entry key="ext_dict">ext.dic;</entry> 
 
	<!--用户可以在这里配置自己的扩展停止词字典-->
	<entry key="ext_stopwords">stopword.dic;chinese_stopword.dic</entry> 
 
</properties>

只需要把IKAnalyzer2012_u6.jar部署于项目的lib中，同时将IKAnalyzer.cfg.xml文件以及词典文件置于src中，即可通过API的方式开发调用。IK简单、易于扩展，分词结果较好并且采用Java编写，因为我平时的项目以Java居多，所以是我平时处理分词的首选工具。示例代码：

/**
	 * IK分词功能实现
	 * @return
	 */
	public String spiltWords(String srcString){
		StringBuffer wordsBuffer = new StringBuffer("");
        try{
        	IKSegmenter ik=new IKSegmenter(new StringReader(srcString), true);
        	Lexeme lex=null;
        	while((lex=ik.next())!=null){
//        		System.out.print(lex.getLexemeText()+" ");
        		wordsBuffer.append(lex.getLexemeText()).append(" ");
        	}
        }catch(Exception e){
        	logger.error(e.getMessage());
        }
		return wordsBuffer.toString();
	}

5 中科院ICTCLAS

ICTCLAS是由中科院计算所历经数年开发的分词工具，采用C++编写。最新版本命名为ICTCLAS2013，又名为NLPIR汉语分词系统。主要功能包括中文分词、词性标注、命名实体识别、用户词典功能，同时支持GBK编码、UTF8编码、BIG5编码，新增微博分词、新词发现与关键词提取。可以可视化界面操作和API方式调用。

6 FudanNLP

FudanNLP主要是为中文自然语言处理而开发的工具包，也包含为实现这些任务的机器学习算法和数据集。FudanNLP及其包含数据集使用LGPL3.0许可证。主要功能包括：

信息检索：文本分类，新闻聚类。
中文处理：中文分词，词性标注，实体名识别，关键词抽取，依存句法分析，时间短语识别。
结构化学习：在线学习，层次分类，聚类，精确推理。

工具采用Java编写，提供了API的访问调用方式。下载安装包后解压后，内容如下图所示：

在使用时将fudannlp.jar以及lib中的jar部署于项目中的lib里面。models文件夹中存放的模型文件，主要用于分词、词性标注和命名实体识别以及分词所需的词典；文件夹example中主要是使用的示例代码，可以帮助快速入门和使用；java-docs是API帮助文档；src中存放着源码；PDF文档中有着比较详细的介绍和自然语言处理基础知识的讲解。初始运行程序时初始化时间有点长，并且加载模型时占用内存较大。在进行语法分析时感觉分析的结果不是很准确。