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{
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"# Tarefa de classificação de texto\n",
"\n",
"Como mencionámos, iremos focar-nos numa tarefa simples de classificação de texto baseada no conjunto de dados **AG_NEWS**, que consiste em classificar manchetes de notícias em uma de 4 categorias: Mundo, Desporto, Negócios e Ciência/Tecnologia.\n",
"\n",
"## O Conjunto de Dados\n",
"\n",
"Este conjunto de dados está integrado no módulo [`torchtext`](https://github.com/pytorch/text), o que nos permite aceder a ele facilmente.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 1,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"import torch\n",
"import torchtext\n",
"import os\n",
"import collections\n",
"os.makedirs('./data',exist_ok=True)\n",
"train_dataset, test_dataset = torchtext.datasets.AG_NEWS(root='./data')\n",
"classes = ['World', 'Sports', 'Business', 'Sci/Tech']"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Aqui, `train_dataset` e `test_dataset` contêm coleções que retornam pares de etiqueta (número da classe) e texto, respetivamente, por exemplo:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 2,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"(3,\n",
" \"Wall St. Bears Claw Back Into the Black (Reuters) Reuters - Short-sellers, Wall Street's dwindling\\\\band of ultra-cynics, are seeing green again.\")"
]
},
"execution_count": 2,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"list(train_dataset)[0]"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Então, vamos imprimir as primeiras 10 novas manchetes do nosso conjunto de dados:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 5,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"**Sci/Tech** -> Wall St. Bears Claw Back Into the Black (Reuters) Reuters - Short-sellers, Wall Street's dwindling\\band of ultra-cynics, are seeing green again.\n",
"**Sci/Tech** -> Carlyle Looks Toward Commercial Aerospace (Reuters) Reuters - Private investment firm Carlyle Group,\\which has a reputation for making well-timed and occasionally\\controversial plays in the defense industry, has quietly placed\\its bets on another part of the market.\n",
"**Sci/Tech** -> Oil and Economy Cloud Stocks' Outlook (Reuters) Reuters - Soaring crude prices plus worries\\about the economy and the outlook for earnings are expected to\\hang over the stock market next week during the depth of the\\summer doldrums.\n",
"**Sci/Tech** -> Iraq Halts Oil Exports from Main Southern Pipeline (Reuters) Reuters - Authorities have halted oil export\\flows from the main pipeline in southern Iraq after\\intelligence showed a rebel militia could strike\\infrastructure, an oil official said on Saturday.\n",
"**Sci/Tech** -> Oil prices soar to all-time record, posing new menace to US economy (AFP) AFP - Tearaway world oil prices, toppling records and straining wallets, present a new economic menace barely three months before the US presidential elections.\n"
]
}
],
"source": [
"for i,x in zip(range(5),train_dataset):\n",
" print(f\"**{classes[x[0]]}** -> {x[1]}\")\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Porque os conjuntos de dados são iteradores, se quisermos usar os dados várias vezes, precisamos convertê-los para uma lista:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 3,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"train_dataset, test_dataset = torchtext.datasets.AG_NEWS(root='./data')\n",
"train_dataset = list(train_dataset)\n",
"test_dataset = list(test_dataset)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Tokenização\n",
"\n",
"Agora precisamos converter o texto em **números** que possam ser representados como tensores. Se quisermos uma representação ao nível de palavras, precisamos fazer duas coisas: \n",
"* usar um **tokenizador** para dividir o texto em **tokens** \n",
"* construir um **vocabulário** desses tokens. \n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 4,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"['he', 'said', 'hello']"
]
},
"execution_count": 4,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"tokenizer = torchtext.data.utils.get_tokenizer('basic_english')\n",
"tokenizer('He said: hello')"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 5,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"counter = collections.Counter()\n",
"for (label, line) in train_dataset:\n",
" counter.update(tokenizer(line))\n",
"vocab = torchtext.vocab.vocab(counter, min_freq=1)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Usando o vocabulário, podemos facilmente codificar a nossa sequência tokenizada num conjunto de números:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 19,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"Vocab size if 95810\n"
]
},
{
"data": {
"text/plain": [
"[599, 3279, 97, 1220, 329, 225, 7368]"
]
},
"execution_count": 19,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"vocab_size = len(vocab)\n",
"print(f\"Vocab size if {vocab_size}\")\n",
"\n",
"stoi = vocab.get_stoi() # dict to convert tokens to indices\n",
"\n",
"def encode(x):\n",
" return [stoi[s] for s in tokenizer(x)]\n",
"\n",
"encode('I love to play with my words')"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Representação de texto com Bag of Words\n",
"\n",
"Como as palavras representam significado, às vezes conseguimos compreender o significado de um texto apenas analisando as palavras individuais, independentemente da sua ordem na frase. Por exemplo, ao classificar notícias, palavras como *meteorologia*, *neve* provavelmente indicam *previsão do tempo*, enquanto palavras como *ações*, *dólar* seriam associadas a *notícias financeiras*.\n",
"\n",
"A representação vetorial **Bag of Words** (BoW) é a representação vetorial tradicional mais utilizada. Cada palavra é associada a um índice do vetor, e o elemento do vetor contém o número de ocorrências de uma palavra num determinado documento.\n",
"\n",
"![Imagem mostrando como uma representação vetorial Bag of Words é armazenada na memória.](../../../../../lessons/5-NLP/13-TextRep/images/bag-of-words-example.png) \n",
"\n",
"> **Nota**: Também pode pensar no BoW como a soma de todos os vetores one-hot-encoded para as palavras individuais no texto.\n",
"\n",
"Abaixo está um exemplo de como gerar uma representação Bag of Words utilizando a biblioteca python Scikit Learn:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 7,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"array([[1, 1, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0]], dtype=int64)"
]
},
"execution_count": 7,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer\n",
"vectorizer = CountVectorizer()\n",
"corpus = [\n",
" 'I like hot dogs.',\n",
" 'The dog ran fast.',\n",
" 'Its hot outside.',\n",
" ]\n",
"vectorizer.fit_transform(corpus)\n",
"vectorizer.transform(['My dog likes hot dogs on a hot day.']).toarray()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Para calcular o vetor bag-of-words a partir da representação vetorial do nosso conjunto de dados AG_NEWS, podemos usar a seguinte função:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 20,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"tensor([2., 1., 2., ..., 0., 0., 0.])\n"
]
}
],
"source": [
"vocab_size = len(vocab)\n",
"\n",
"def to_bow(text,bow_vocab_size=vocab_size):\n",
" res = torch.zeros(bow_vocab_size,dtype=torch.float32)\n",
" for i in encode(text):\n",
" if i<bow_vocab_size:\n",
" res[i] += 1\n",
" return res\n",
"\n",
"print(to_bow(train_dataset[0][1]))"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"> **Nota:** Aqui estamos a usar a variável global `vocab_size` para especificar o tamanho padrão do vocabulário. Como frequentemente o tamanho do vocabulário é bastante grande, podemos limitar o tamanho do vocabulário às palavras mais frequentes. Experimente reduzir o valor de `vocab_size` e executar o código abaixo, e veja como isso afeta a precisão. Deve esperar alguma queda na precisão, mas não dramática, em troca de um desempenho superior.\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Treinar o classificador BoW\n",
"\n",
"Agora que aprendemos a construir a representação Bag-of-Words do nosso texto, vamos treinar um classificador com base nela. Primeiro, precisamos converter o nosso conjunto de dados para treino de forma que todas as representações vetoriais posicionais sejam convertidas para a representação bag-of-words. Isto pode ser feito passando a função `bowify` como o parâmetro `collate_fn` para o `DataLoader` padrão do torch:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 21,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"from torch.utils.data import DataLoader\n",
"import numpy as np \n",
"\n",
"# this collate function gets list of batch_size tuples, and needs to \n",
"# return a pair of label-feature tensors for the whole minibatch\n",
"def bowify(b):\n",
" return (\n",
" torch.LongTensor([t[0]-1 for t in b]),\n",
" torch.stack([to_bow(t[1]) for t in b])\n",
" )\n",
"\n",
"train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=16, collate_fn=bowify, shuffle=True)\n",
"test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=16, collate_fn=bowify, shuffle=True)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Agora vamos definir uma rede neural de classificação simples que contém uma camada linear. O tamanho do vetor de entrada é igual a `vocab_size`, e o tamanho da saída corresponde ao número de classes (4). Como estamos a resolver uma tarefa de classificação, a função de ativação final é `LogSoftmax()`.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 22,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"net = torch.nn.Sequential(torch.nn.Linear(vocab_size,4),torch.nn.LogSoftmax(dim=1))"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Agora vamos definir o ciclo de treino padrão do PyTorch. Como o nosso conjunto de dados é bastante grande, para fins de ensino iremos treinar apenas por uma época, e por vezes até menos do que uma época (especificar o parâmetro `epoch_size` permite-nos limitar o treino). Também iremos reportar a precisão acumulada durante o treino; a frequência de reporte é especificada utilizando o parâmetro `report_freq`.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 24,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": [
"def train_epoch(net,dataloader,lr=0.01,optimizer=None,loss_fn = torch.nn.NLLLoss(),epoch_size=None, report_freq=200):\n",
" optimizer = optimizer or torch.optim.Adam(net.parameters(),lr=lr)\n",
" net.train()\n",
" total_loss,acc,count,i = 0,0,0,0\n",
" for labels,features in dataloader:\n",
" optimizer.zero_grad()\n",
" out = net(features)\n",
" loss = loss_fn(out,labels) #cross_entropy(out,labels)\n",
" loss.backward()\n",
" optimizer.step()\n",
" total_loss+=loss\n",
" _,predicted = torch.max(out,1)\n",
" acc+=(predicted==labels).sum()\n",
" count+=len(labels)\n",
" i+=1\n",
" if i%report_freq==0:\n",
" print(f\"{count}: acc={acc.item()/count}\")\n",
" if epoch_size and count>epoch_size:\n",
" break\n",
" return total_loss.item()/count, acc.item()/count"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 25,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"3200: acc=0.8028125\n",
"6400: acc=0.8371875\n",
"9600: acc=0.8534375\n",
"12800: acc=0.85765625\n"
]
},
{
"data": {
"text/plain": [
"(0.026090790722161722, 0.8620069296375267)"
]
},
"execution_count": 25,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"train_epoch(net,train_loader,epoch_size=15000)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## BiGramas, TriGramas e N-Gramas\n",
"\n",
"Uma limitação da abordagem de saco de palavras é que algumas palavras fazem parte de expressões compostas por várias palavras. Por exemplo, a palavra 'hot dog' tem um significado completamente diferente das palavras 'hot' e 'dog' em outros contextos. Se representarmos as palavras 'hot' e 'dog' sempre pelos mesmos vetores, isso pode confundir o nosso modelo.\n",
"\n",
"Para resolver este problema, as **representações N-gramas** são frequentemente utilizadas em métodos de classificação de documentos, onde a frequência de cada palavra, bi-palavra ou tri-palavra é uma característica útil para treinar classificadores. Na representação de bigramas, por exemplo, adicionamos todos os pares de palavras ao vocabulário, além das palavras originais.\n",
"\n",
"Abaixo está um exemplo de como gerar uma representação de saco de palavras com bigramas usando o Scikit Learn:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 26,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"Vocabulary:\n",
" {'i': 7, 'like': 11, 'hot': 4, 'dogs': 2, 'i like': 8, 'like hot': 12, 'hot dogs': 5, 'the': 16, 'dog': 0, 'ran': 14, 'fast': 3, 'the dog': 17, 'dog ran': 1, 'ran fast': 15, 'its': 9, 'outside': 13, 'its hot': 10, 'hot outside': 6}\n"
]
},
{
"data": {
"text/plain": [
"array([[1, 0, 1, 0, 2, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]],\n",
" dtype=int64)"
]
},
"execution_count": 26,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"bigram_vectorizer = CountVectorizer(ngram_range=(1, 2), token_pattern=r'\\b\\w+\\b', min_df=1)\n",
"corpus = [\n",
" 'I like hot dogs.',\n",
" 'The dog ran fast.',\n",
" 'Its hot outside.',\n",
" ]\n",
"bigram_vectorizer.fit_transform(corpus)\n",
"print(\"Vocabulary:\\n\",bigram_vectorizer.vocabulary_)\n",
"bigram_vectorizer.transform(['My dog likes hot dogs on a hot day.']).toarray()\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"A principal desvantagem da abordagem N-gram é que o tamanho do vocabulário começa a crescer extremamente rápido. Na prática, é necessário combinar a representação N-gram com algumas técnicas de redução de dimensionalidade, como *embeddings*, que iremos discutir na próxima unidade.\n",
"\n",
"Para usar a representação N-gram no nosso conjunto de dados **AG News**, precisamos construir um vocabulário ngram especial:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 27,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"Bigram vocabulary length = 1308842\n"
]
}
],
"source": [
"counter = collections.Counter()\n",
"for (label, line) in train_dataset:\n",
" l = tokenizer(line)\n",
" counter.update(torchtext.data.utils.ngrams_iterator(l,ngrams=2))\n",
" \n",
"bi_vocab = torchtext.vocab.vocab(counter, min_freq=1)\n",
"\n",
"print(\"Bigram vocabulary length = \",len(bi_vocab))"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Poderíamos então usar o mesmo código acima para treinar o classificador, no entanto, isso seria muito ineficiente em termos de memória. Na próxima unidade, iremos treinar um classificador de bigramas utilizando embeddings.\n",
"\n",
"> **Nota:** Pode deixar apenas os ngrams que ocorrem no texto mais vezes do que o número especificado. Isto garantirá que bigramas pouco frequentes sejam omitidos e reduzirá significativamente a dimensionalidade. Para fazer isso, defina o parâmetro `min_freq` com um valor mais alto e observe a mudança no tamanho do vocabulário.\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Frequência de Termos e Frequência Inversa de Documentos TF-IDF\n",
"\n",
"Na representação BoW, as ocorrências de palavras têm o mesmo peso, independentemente da palavra em si. No entanto, é evidente que palavras frequentes, como *a*, *em*, etc., são muito menos importantes para a classificação do que termos especializados. De facto, na maioria das tarefas de PLN, algumas palavras são mais relevantes do que outras.\n",
"\n",
"**TF-IDF** significa **frequência de termosfrequência inversa de documentos**. É uma variação do modelo bag of words, onde, em vez de um valor binário 0/1 que indica a presença de uma palavra num documento, utiliza-se um valor em ponto flutuante, que está relacionado com a frequência de ocorrência da palavra no corpus.\n",
"\n",
"Mais formalmente, o peso $w_{ij}$ de uma palavra $i$ no documento $j$ é definido como:\n",
"$$\n",
"w_{ij} = tf_{ij}\\times\\log({N\\over df_i})\n",
"$$\n",
"onde\n",
"* $tf_{ij}$ é o número de ocorrências de $i$ em $j$, ou seja, o valor BoW que vimos anteriormente\n",
"* $N$ é o número de documentos na coleção\n",
"* $df_i$ é o número de documentos que contêm a palavra $i$ em toda a coleção\n",
"\n",
"O valor TF-IDF $w_{ij}$ aumenta proporcionalmente ao número de vezes que uma palavra aparece num documento e é ajustado pelo número de documentos no corpus que contêm a palavra, o que ajuda a compensar o facto de algumas palavras aparecerem mais frequentemente do que outras. Por exemplo, se a palavra aparecer em *todos* os documentos da coleção, $df_i=N$, e $w_{ij}=0$, e esses termos seriam completamente ignorados.\n",
"\n",
"Pode criar facilmente a vetorização TF-IDF de texto utilizando o Scikit Learn:\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 28,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/plain": [
"array([[0.43381609, 0. , 0.43381609, 0. , 0.65985664,\n",
" 0.43381609, 0. , 0. , 0. , 0. ,\n",
" 0. , 0. , 0. , 0. , 0. ,\n",
" 0. ]])"
]
},
"execution_count": 28,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer\n",
"vectorizer = TfidfVectorizer(ngram_range=(1,2))\n",
"vectorizer.fit_transform(corpus)\n",
"vectorizer.transform(['My dog likes hot dogs on a hot day.']).toarray()"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Conclusão\n",
"\n",
"Embora as representações TF-IDF atribuam peso de frequência a diferentes palavras, elas não conseguem representar significado ou ordem. Como o famoso linguista J. R. Firth disse em 1935: “O significado completo de uma palavra é sempre contextual, e nenhum estudo de significado fora do contexto pode ser levado a sério.”. Mais à frente no curso, aprenderemos como capturar informações contextuais de texto utilizando modelagem de linguagem.\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"\n---\n\n**Aviso Legal**: \nEste documento foi traduzido utilizando o serviço de tradução por IA [Co-op Translator](https://github.com/Azure/co-op-translator). Embora nos esforcemos para garantir a precisão, é importante notar que traduções automáticas podem conter erros ou imprecisões. O documento original na sua língua nativa deve ser considerado a fonte autoritária. Para informações críticas, recomenda-se a tradução profissional realizada por humanos. Não nos responsabilizamos por quaisquer mal-entendidos ou interpretações incorretas decorrentes da utilização desta tradução.\n"
]
}
],
"metadata": {
"interpreter": {
"hash": "16af2a8bbb083ea23e5e41c7f5787656b2ce26968575d8763f2c4b17f9cd711f"
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"kernelspec": {
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"language": "python",
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"language_info": {
"codemirror_mode": {
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"version": 3
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"file_extension": ".py",
"mimetype": "text/x-python",
"name": "python",
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"coopTranslator": {
"original_hash": "7b9040985e748e4e2d4c689892456ad7",
"translation_date": "2025-08-31T12:03:46+00:00",
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},
"nbformat": 4,
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