# Лабораторная работа №4: Распознование последовательностей **Ватьков А..С., Харисов С.Р. — А-01-22** ## Вариант 2 ### Цель работы Получить практические навыки обработки текстовой информации с помощьюрекуррентныхискусственных нейронных сетей при решении задачи определения тональности текста. --- ### 1) В среде Google Colab создали новый блокнот (notebook). Импортировали необходимые для работы библиотеки модули. ```python # импорт модулей import os os.chdir('/content/drive/MyDrive/Colab Notebooks/is_LR4') from tensorflow import keras from tensorflow.keras import layers from tensorflow.keras.models import Sequential import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np ``` ```python import tensorflow as tf device_name = tf.test.gpu_device_name() if device_name != '/device:GPU:0': raise SystemError('GPU device not found') print('Found GPU at: {}'.format(device_name)) ``` ### 2) Загрузили набор данных IMDb, содержащий оцифрованные отзывы на фильмы, размеченные на два класса: позитивные и негативные. При загрузке набора данных параметр seed выбрали равным значению (4k – 1)=7, где k=2 – номер бригады. Вывели размеры полученных обучающих и тестовых массивов данных. ```python # загрузка датасета from keras.datasets import imdb vocabulary_size = 5000 index_from = 3 (X_train, y_train), (X_test, y_test) = imdb.load_data( path="imdb.npz", num_words=vocabulary_size, skip_top=0, maxlen=None, seed=7, start_char=1, oov_char=2, index_from=index_from ) # вывод размерностей print('Shape of X train:', X_train.shape) print('Shape of y train:', y_train.shape) print('Shape of X test:', X_test.shape) print('Shape of y test:', y_test.shape) ``` **Результат выполнения:** ``` Shape of X train: (25000,) Shape of y train: (25000,) Shape of X test: (25000,) Shape of y test: (25000,) ``` ### 3) Вывели один отзыв из обучающего множества в виде списка индексов слов. Преобразовали список индексов в текст и вывели отзыв в виде текста. Вывели длину отзыва. Вывели метку класса данного отзыва и название класса (1 – Positive, 0 – Negative). ```python # создание словаря для перевода индексов в слова # заргузка словаря "слово:индекс" word_to_id = imdb.get_word_index() # уточнение словаря word_to_id = {key:(value + index_from) for key,value in word_to_id.items()} word_to_id[""] = 0 word_to_id[""] = 1 word_to_id[""] = 2 word_to_id[""] = 3 # создание обратного словаря "индекс:слово" id_to_word = {value:key for key,value in word_to_id.items()} ``` ```python print(X_train[26]) print('len:',len(X_train[26])) ``` **Результат выполнения:** ``` [1, 4, 78, 46, 304, 39, 2, 7, 968, 2, 295, 209, 101, 147, 65, 10, 10, 2643, 2, 497, 8, 30, 6, 147, 284, 5, 996, 174, 10, 10, 11, 4, 130, 4, 2, 4979, 11, 2, 10, 10, 2] len: 41 ``` ```python review_as_text = ' '.join(id_to_word[id] for id in X_train[26]) print(review_as_text) print('len:',len(review_as_text)) ``` **Результат выполнения:** ``` the bad out takes from of fire together without any real story br br dean tries to be a real actor and fails again br br in the end the quit in br br len: 193 ``` ### 4) Вывели максимальную и минимальную длину отзыва в обучающем множестве. ```python print('MAX Len: ',len(max(X_train, key=len))) print('MIN Len: ',len(min(X_train, key=len))) ``` **Результат выполнения:** ``` MAX Len: 2494 MIN Len: 11 ``` ### 5) Провели предобработку данных. Выбрали единую длину, к которой будут приведены все отзывы. Короткие отзывы дополнили спецсимволами, а длинные обрезали до выбранной длины. ```python # предобработка данных from tensorflow.keras.utils import pad_sequences max_words = 500 X_train = pad_sequences(X_train, maxlen=max_words, value=0, padding='pre', truncating='post') X_test = pad_sequences(X_test, maxlen=max_words, value=0, padding='pre', truncating='post') ``` ### 6) Повторили пункт 4. ```python print('MAX Len: ',len(max(X_train, key=len))) print('MIN Len: ',len(min(X_train, key=len))) ``` **Результат выполнения:** ``` MAX Len: 500 MIN Len: 500 ``` ### 7) Повторили пункт 3. Сделали вывод о том, как отзыв преобразовался после предобработки. ```python print(X_train[26]) print('len:',len(X_train[26])) ``` **Результат выполнения:** ``` [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 78 46 304 39 2 7 968 2 295 209 101 147 65 10 10 2643 2 497 8 30 6 147 284 5 996 174 10 10 11 4 130 4 2 4979 11 2 10 10 2] len: 500 ``` ```python review_as_text = ' '.join(id_to_word[id] for id in X_train[26]) print(review_as_text) print('len:',len(review_as_text)) ``` **Результат выполнения:** ``` the bad out takes from of fire together without any real story br br dean tries to be a real actor and fails again br br in the end the quit in br br len: 2947 ``` **После обработки в начало отзыва добавилось необходимое количество токенов , чтобы отзыв был длинной в 500 индексов.** ### 8) Вывели предобработанные массивы обучающих и тестовых данных и их размерности. ```python # вывод данных print('X train: \n',X_train) print('X train: \n',X_test) # вывод размерностей print('Shape of X train:', X_train.shape) print('Shape of X test:', X_test.shape) ``` **Результат выполнения:** ``` X train: [[ 0 0 0 ... 1039 7 12] [ 0 0 0 ... 5 2 1773] [ 0 0 0 ... 220 175 96] ... [ 1 3264 153 ... 157 746 14] [ 0 0 0 ... 3459 55 680] [ 0 0 0 ... 14 31 56]] X train: [[ 0 0 0 ... 241 3366 56] [ 0 0 0 ... 18 4 755] [ 0 0 0 ... 149 14 20] ... [ 0 0 0 ... 2 2152 1835] [ 0 0 0 ... 3768 3508 3311] [ 0 0 0 ... 511 8 2725]] Shape of X train: (25000, 500) Shape of X test: (25000, 500) ``` ### 9) Реализовали модель рекуррентной нейронной сети, состоящей из слоев Embedding, LSTM, Dropout, Dense, и обучили ее на обучающих данных с выделением части обучающих данных в качестве валидационных. Вывели информацию об архитектуре нейронной сети. Добились качества обучения по метрике accuracy не менее 0.8. ```python model = Sequential() model.add(layers.Embedding(input_dim=vocabulary_size, output_dim=64, input_length=max_words, input_shape=(max_words,))) model.add(layers.LSTM(64)) model.add(layers.Dropout(0.45)) model.add(layers.Dense(1, activation='sigmoid')) model.summary() ``` **Результат выполнения:** ``` Model: "sequential_2" ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ Layer (type) ┃ Output Shape ┃ Param # ┃ ┡━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╇━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╇━━━━━━━━━━━━━━━┩ │ embedding_2 (Embedding) │ (None, 500, 64) │ 320,000 │ ├─────────────────────────────────┼────────────────────────┼───────────────┤ │ lstm_2 (LSTM) │ (None, 64) │ 33,024 │ ├─────────────────────────────────┼────────────────────────┼───────────────┤ │ dropout_2 (Dropout) │ (None, 64) │ 0 │ ├─────────────────────────────────┼────────────────────────┼───────────────┤ │ dense_2 (Dense) │ (None, 1) │ 65 │ └─────────────────────────────────┴────────────────────────┴───────────────┘ Total params: 353,089 (1.35 MB) Trainable params: 353,089 (1.35 MB) Non-trainable params: 0 (0.00 B) ``` ```python # компилируем и обучаем модель batch_size = 64 epochs = 4 model.compile(loss="binary_crossentropy", optimizer="adam", metrics=["accuracy"]) model.fit(X_train, y_train, batch_size=batch_size, epochs=epochs, validation_split=0.1) ``` ```python test_loss, test_acc = model.evaluate(X_test, y_test) print(f"\nTest accuracy: {test_acc}") ``` **Результаты выполнения:** ``` Test accuracy: 0.8519200086593628 ``` ### 10) Оценили качество обучения на тестовых данных: ###- вывели значение метрики качества классификации на тестовых данных ###- вывели отчет о качестве классификации тестовой выборки ###a- построили ROC-кривую по результату обработки тестовой выборки и вычислили площадь под ROC-кривой (AUC ROC) ```python y_score = model.predict(X_test) y_pred = [1 if y_score[i,0]>=0.5 else 0 for i in range(len(y_score))] from sklearn.metrics import classification_report print(classification_report(y_test, y_pred, labels = [0, 1], target_names=['Negative', 'Positive'])) ``` **Результат выполнения:** ``` precision recall f1-score support Negative 0.86 0.85 0.85 12500 Positive 0.85 0.86 0.85 12500 accuracy 0.85 25000 macro avg 0.85 0.85 0.85 25000 weighted avg 0.85 0.85 0.85 25000 ``` ```python #построение ROC-кривой и AUC ROC from sklearn.metrics import roc_curve, auc fpr, tpr, thresholds = roc_curve(y_test, y_score) plt.plot(fpr, tpr) plt.grid() plt.xlabel('False Positive Rate') plt.ylabel('True Positive Rate') plt.title('ROC') plt.show() print('AUC ROC:', auc(fpr, tpr)) ``` **Результат выполнения:** ![](9punkt.png) ``` AUC ROC: 0.9159089215999999 ``` ### 11) Сделали выводы по результатам применения рекуррентной нейронной сети для решения задачи определения тональности текста. Таблица 1: | Модель | Количество настраиваемых параметров | Количество эпох обучения | Качество классификации тестовой выборки | |---------------|-------------------------------------|--------------------------|-----------------------------------------| | Рекуррентная | 353089 | 3 |accuracy:0.85; loss:0.5214; AUC ROC:0.9159 | ### По результатам таблицы можно сделать вывод, что рекуррентная НС хорошо справляется с задачей определения тональности текста. Показатель accuracy = 0.85 превышает требуемый порог 0.8. Значение AUC ROC = 0.9159 (> 0.9) говорит о высокой способности модели различать два класса (положительные и отрицательные отзывы)