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Überblick
In diesem Notebook lernen Sie, wie Sie mit den von der Gemini API erstellten Einbettungen ein Modell trainieren, das verschiedene Arten von Newsgroup-Beiträgen nach Thema klassifizieren kann.
In dieser Anleitung trainieren Sie einen Klassifikator, um vorherzusagen, zu welcher Klasse ein Newsgroup-Beitrag gehört.
Voraussetzungen
Sie können diese Kurzanleitung in Google Colab ausführen.
Wenn Sie diese Kurzanleitung in Ihrer eigenen Entwicklungsumgebung ausführen möchten, muss Ihre Umgebung die folgenden Anforderungen erfüllen:
- Python 3.9 oder höher
- Eine Installation von
jupyterzum Ausführen des Notebooks.
Einrichtung
Laden Sie zuerst die Gemini API-Python-Bibliothek herunter und installieren Sie sie.
pip install -U -q google.generativeai
import re
import tqdm
import keras
import numpy as np
import pandas as pd
import google.generativeai as genai
# Used to securely store your API key
from google.colab import userdata
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt
from keras import layers
from matplotlib.ticker import MaxNLocator
from sklearn.datasets import fetch_20newsgroups
import sklearn.metrics as skmetrics
API-Schlüssel anfordern
Bevor Sie die Gemini API verwenden können, müssen Sie einen API-Schlüssel abrufen. Wenn Sie noch keinen Schlüssel haben, können Sie mit einem Klick in Google AI Studio einen Schlüssel erstellen.
Fügen Sie den Schlüssel in Colab dem Secret-Manager unter "🚀" im linken Steuerfeld hinzu. Geben Sie ihr den Namen API_KEY.
Sobald Sie den API-Schlüssel haben, übergeben Sie ihn an das SDK. Dafür haben Sie die beiden folgenden Möglichkeiten:
- Fügen Sie den Schlüssel in die Umgebungsvariable
GOOGLE_API_KEYein. Das SDK ruft ihn dort automatisch ab. - Übergib den Schlüssel an
genai.configure(api_key=...)
# Or use `os.getenv('API_KEY')` to fetch an environment variable.
API_KEY=userdata.get('API_KEY')
genai.configure(api_key=API_KEY)
for m in genai.list_models():
if 'embedContent' in m.supported_generation_methods:
print(m.name)
models/embedding-001 models/embedding-001
Dataset
Das Text-Dataset für 20 Newsgroups enthält 18.000 Newsgroups zu 20 Themen,die in Trainings- und Test-Datasets aufgeteilt sind. Die Aufteilung zwischen Trainings- und Test-Datasets basiert auf Nachrichten, die vor und nach einem bestimmten Datum veröffentlicht wurden. In dieser Anleitung verwenden Sie die Teilmengen der Trainings- und Test-Datasets. Sie werden die Daten in Pandas-DataFrames vorverarbeiten und organisieren.
newsgroups_train = fetch_20newsgroups(subset='train')
newsgroups_test = fetch_20newsgroups(subset='test')
# View list of class names for dataset
newsgroups_train.target_names
['alt.atheism', 'comp.graphics', 'comp.os.ms-windows.misc', 'comp.sys.ibm.pc.hardware', 'comp.sys.mac.hardware', 'comp.windows.x', 'misc.forsale', 'rec.autos', 'rec.motorcycles', 'rec.sport.baseball', 'rec.sport.hockey', 'sci.crypt', 'sci.electronics', 'sci.med', 'sci.space', 'soc.religion.christian', 'talk.politics.guns', 'talk.politics.mideast', 'talk.politics.misc', 'talk.religion.misc']
Hier ist ein Beispiel dafür, wie ein Datenpunkt aus dem Trainings-Dataset aussieht.
idx = newsgroups_train.data[0].index('Lines')
print(newsgroups_train.data[0][idx:])
Lines: 15 I was wondering if anyone out there could enlighten me on this car I saw the other day. It was a 2-door sports car, looked to be from the late 60s/ early 70s. It was called a Bricklin. The doors were really small. In addition, the front bumper was separate from the rest of the body. This is all I know. If anyone can tellme a model name, engine specs, years of production, where this car is made, history, or whatever info you have on this funky looking car, please e-mail. Thanks, - IL ---- brought to you by your neighborhood Lerxst ----
Jetzt beginnen Sie mit der Vorverarbeitung der Daten für diese Anleitung. Entfernen Sie alle vertraulichen Informationen wie Namen, E-Mail-Adressen oder redundante Teile des Textes wie "From: " und "\nSubject: ". Organisieren Sie die Informationen in einem Pandas-DataFrame, damit sie besser lesbar sind.
def preprocess_newsgroup_data(newsgroup_dataset):
# Apply functions to remove names, emails, and extraneous words from data points in newsgroups.data
newsgroup_dataset.data = [re.sub(r'[\w\.-]+@[\w\.-]+', '', d) for d in newsgroup_dataset.data] # Remove email
newsgroup_dataset.data = [re.sub(r"\([^()]*\)", "", d) for d in newsgroup_dataset.data] # Remove names
newsgroup_dataset.data = [d.replace("From: ", "") for d in newsgroup_dataset.data] # Remove "From: "
newsgroup_dataset.data = [d.replace("\nSubject: ", "") for d in newsgroup_dataset.data] # Remove "\nSubject: "
# Cut off each text entry after 5,000 characters
newsgroup_dataset.data = [d[0:5000] if len(d) > 5000 else d for d in newsgroup_dataset.data]
# Put data points into dataframe
df_processed = pd.DataFrame(newsgroup_dataset.data, columns=['Text'])
df_processed['Label'] = newsgroup_dataset.target
# Match label to target name index
df_processed['Class Name'] = ''
for idx, row in df_processed.iterrows():
df_processed.at[idx, 'Class Name'] = newsgroup_dataset.target_names[row['Label']]
return df_processed
# Apply preprocessing function to training and test datasets
df_train = preprocess_newsgroup_data(newsgroups_train)
df_test = preprocess_newsgroup_data(newsgroups_test)
df_train.head()
Als Nächstes nehmen Sie Stichproben aus einigen Daten, indem Sie 100 Datenpunkte im Trainings-Dataset verwenden und einige der Kategorien auslassen, die im Rahmen dieser Anleitung ausgeführt werden sollen. Wähle die Wissenschaftskategorien aus, die du vergleichen möchtest.
def sample_data(df, num_samples, classes_to_keep):
df = df.groupby('Label', as_index = False).apply(lambda x: x.sample(num_samples)).reset_index(drop=True)
df = df[df['Class Name'].str.contains(classes_to_keep)]
# Reset the encoding of the labels after sampling and dropping certain categories
df['Class Name'] = df['Class Name'].astype('category')
df['Encoded Label'] = df['Class Name'].cat.codes
return df
TRAIN_NUM_SAMPLES = 100
TEST_NUM_SAMPLES = 25
CLASSES_TO_KEEP = 'sci' # Class name should contain 'sci' in it to keep science categories
df_train = sample_data(df_train, TRAIN_NUM_SAMPLES, CLASSES_TO_KEEP)
df_test = sample_data(df_test, TEST_NUM_SAMPLES, CLASSES_TO_KEEP)
df_train.value_counts('Class Name')
Class Name sci.crypt 100 sci.electronics 100 sci.med 100 sci.space 100 dtype: int64
df_test.value_counts('Class Name')
Class Name sci.crypt 25 sci.electronics 25 sci.med 25 sci.space 25 dtype: int64
Einbettungen erstellen
In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Sie mithilfe der Einbettungen aus der Gemini API Einbettungen für einen Text erstellen. Weitere Informationen zu Einbettungen finden Sie im Leitfaden zu Einbettungen.
API-Änderungen bei „Embeddingsembedding-001“
Für das neue Einbettungsmodell gibt es einen neuen Aufgabentypparameter und den optionalen Titel (nur gültig bei „task_type=RETRIEVAL_DOCUMENT“).
Diese neuen Parameter gelten nur für die neuesten Einbettungsmodelle.Es gibt folgende Aufgabentypen:
| Aufgabentyp | Beschreibung |
|---|---|
| RETRIEVAL_QUERY | Gibt an, dass der angegebene Text eine Abfrage in einer Such-/Abrufeinstellung ist. |
| RETRIEVAL_DOCUMENT | Gibt an, dass der angegebene Text ein Dokument in einer Such-/Abrufeinstellung ist. |
| SEMANTIC_SIMILARITY | Gibt an, dass der angegebene Text für die Bestimmung der semantischen Textähnlichkeit (Semantic Textual Similarity, STS) verwendet wird. |
| KLASSIFIZIERUNG | Gibt an, dass die Einbettungen zur Klassifizierung verwendet werden. |
| Clustering | Gibt an, dass die Einbettungen für das Clustering verwendet werden. |
from tqdm.auto import tqdm
tqdm.pandas()
from google.api_core import retry
def make_embed_text_fn(model):
@retry.Retry(timeout=300.0)
def embed_fn(text: str) -> list[float]:
# Set the task_type to CLASSIFICATION.
embedding = genai.embed_content(model=model,
content=text,
task_type="classification")
return embedding['embedding']
return embed_fn
def create_embeddings(model, df):
df['Embeddings'] = df['Text'].progress_apply(make_embed_text_fn(model))
return df
model = 'models/embedding-001'
df_train = create_embeddings(model, df_train)
df_test = create_embeddings(model, df_test)
0%| | 0/400 [00:00<?, ?it/s] 0%| | 0/100 [00:00<?, ?it/s]
df_train.head()
Einfaches Klassifizierungsmodell erstellen
Hier definieren Sie ein einfaches Modell mit einer verborgenen Schicht und einer Wahrscheinlichkeitsausgabe mit einer einzigen Klasse. Die Vorhersage entspricht der Wahrscheinlichkeit, dass ein Text zu einer bestimmten Nachrichtenklasse gehört. Wenn Sie Ihr Modell erstellen, sortiert Keras die Datenpunkte automatisch nach dem Zufallsprinzip.
def build_classification_model(input_size: int, num_classes: int) -> keras.Model:
inputs = x = keras.Input(input_size)
x = layers.Dense(input_size, activation='relu')(x)
x = layers.Dense(num_classes, activation='sigmoid')(x)
return keras.Model(inputs=[inputs], outputs=x)
# Derive the embedding size from the first training element.
embedding_size = len(df_train['Embeddings'].iloc[0])
# Give your model a different name, as you have already used the variable name 'model'
classifier = build_classification_model(embedding_size, len(df_train['Class Name'].unique()))
classifier.summary()
classifier.compile(loss = keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
optimizer = keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.001),
metrics=['accuracy'])
Model: "model"
_________________________________________________________________
Layer (type) Output Shape Param #
=================================================================
input_1 (InputLayer) [(None, 768)] 0
dense (Dense) (None, 768) 590592
dense_1 (Dense) (None, 4) 3076
=================================================================
Total params: 593668 (2.26 MB)
Trainable params: 593668 (2.26 MB)
Non-trainable params: 0 (0.00 Byte)
_________________________________________________________________
embedding_size
768
Modell zum Klassifizieren von Newsgroups trainieren
Schließlich können Sie ein einfaches Modell trainieren. Verwenden Sie eine kleine Anzahl von Epochen, um eine Überanpassung zu vermeiden. Die erste Epoche dauert viel länger als der Rest, da die Einbettungen nur einmal berechnet werden müssen.
NUM_EPOCHS = 20
BATCH_SIZE = 32
# Split the x and y components of the train and validation subsets.
y_train = df_train['Encoded Label']
x_train = np.stack(df_train['Embeddings'])
y_val = df_test['Encoded Label']
x_val = np.stack(df_test['Embeddings'])
# Train the model for the desired number of epochs.
callback = keras.callbacks.EarlyStopping(monitor='accuracy', patience=3)
history = classifier.fit(x=x_train,
y=y_train,
validation_data=(x_val, y_val),
callbacks=[callback],
batch_size=BATCH_SIZE,
epochs=NUM_EPOCHS,)
Epoch 1/20 /usr/local/lib/python3.10/dist-packages/keras/src/backend.py:5729: UserWarning: "`sparse_categorical_crossentropy` received `from_logits=True`, but the `output` argument was produced by a Softmax activation and thus does not represent logits. Was this intended? output, from_logits = _get_logits( 13/13 [==============================] - 1s 30ms/step - loss: 1.2141 - accuracy: 0.6675 - val_loss: 0.9801 - val_accuracy: 0.8800 Epoch 2/20 13/13 [==============================] - 0s 12ms/step - loss: 0.7580 - accuracy: 0.9400 - val_loss: 0.6061 - val_accuracy: 0.9300 Epoch 3/20 13/13 [==============================] - 0s 13ms/step - loss: 0.4249 - accuracy: 0.9525 - val_loss: 0.3902 - val_accuracy: 0.9200 Epoch 4/20 13/13 [==============================] - 0s 13ms/step - loss: 0.2561 - accuracy: 0.9625 - val_loss: 0.2597 - val_accuracy: 0.9400 Epoch 5/20 13/13 [==============================] - 0s 13ms/step - loss: 0.1693 - accuracy: 0.9700 - val_loss: 0.2145 - val_accuracy: 0.9300 Epoch 6/20 13/13 [==============================] - 0s 13ms/step - loss: 0.1240 - accuracy: 0.9850 - val_loss: 0.1801 - val_accuracy: 0.9600 Epoch 7/20 13/13 [==============================] - 0s 21ms/step - loss: 0.0931 - accuracy: 0.9875 - val_loss: 0.1623 - val_accuracy: 0.9400 Epoch 8/20 13/13 [==============================] - 0s 16ms/step - loss: 0.0736 - accuracy: 0.9925 - val_loss: 0.1418 - val_accuracy: 0.9600 Epoch 9/20 13/13 [==============================] - 0s 20ms/step - loss: 0.0613 - accuracy: 0.9925 - val_loss: 0.1315 - val_accuracy: 0.9700 Epoch 10/20 13/13 [==============================] - 0s 20ms/step - loss: 0.0479 - accuracy: 0.9975 - val_loss: 0.1235 - val_accuracy: 0.9600 Epoch 11/20 13/13 [==============================] - 0s 19ms/step - loss: 0.0399 - accuracy: 0.9975 - val_loss: 0.1219 - val_accuracy: 0.9700 Epoch 12/20 13/13 [==============================] - 0s 21ms/step - loss: 0.0326 - accuracy: 0.9975 - val_loss: 0.1158 - val_accuracy: 0.9700 Epoch 13/20 13/13 [==============================] - 0s 19ms/step - loss: 0.0263 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.1127 - val_accuracy: 0.9700 Epoch 14/20 13/13 [==============================] - 0s 17ms/step - loss: 0.0229 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.1123 - val_accuracy: 0.9700 Epoch 15/20 13/13 [==============================] - 0s 20ms/step - loss: 0.0195 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.1063 - val_accuracy: 0.9700 Epoch 16/20 13/13 [==============================] - 0s 17ms/step - loss: 0.0172 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.1070 - val_accuracy: 0.9700
Modellleistung evaluieren
Verwenden Sie Keras Model.evaluate, um den Verlust und die Genauigkeit für das Test-Dataset zu ermitteln.
classifier.evaluate(x=x_val, y=y_val, return_dict=True)
4/4 [==============================] - 0s 4ms/step - loss: 0.1070 - accuracy: 0.9700
{'loss': 0.10700511932373047, 'accuracy': 0.9700000286102295}
Eine Möglichkeit, die Leistung Ihres Modells zu bewerten, besteht darin, die Leistung des Klassifikators zu visualisieren. Mit plot_history können Sie die Verlust- und Genauigkeitstrends über die Epochen ansehen.
def plot_history(history):
"""
Plotting training and validation learning curves.
Args:
history: model history with all the metric measures
"""
fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1,2)
fig.set_size_inches(20, 8)
# Plot loss
ax1.set_title('Loss')
ax1.plot(history.history['loss'], label = 'train')
ax1.plot(history.history['val_loss'], label = 'test')
ax1.set_ylabel('Loss')
ax1.set_xlabel('Epoch')
ax1.legend(['Train', 'Validation'])
# Plot accuracy
ax2.set_title('Accuracy')
ax2.plot(history.history['accuracy'], label = 'train')
ax2.plot(history.history['val_accuracy'], label = 'test')
ax2.set_ylabel('Accuracy')
ax2.set_xlabel('Epoch')
ax2.legend(['Train', 'Validation'])
plt.show()
plot_history(history)
Eine weitere Möglichkeit, die Modellleistung zu betrachten, die über das Messen von Verlust und Genauigkeit hinausgeht, ist die Verwendung einer Wahrheitsmatrix. Mit der Wahrheitsmatrix können Sie die Leistung des Klassifizierungsmodells über die Genauigkeit hinaus bewerten. Sie können sehen, als falsch klassifizierte Punkte klassifiziert werden. Um die Wahrheitsmatrix für dieses Klassifizierungsproblem mit mehreren Klassen zu erstellen, rufen Sie die tatsächlichen Werte im Test-Dataset und die vorhergesagten Werte ab.
Generieren Sie zuerst mithilfe von Model.predict() die vorhergesagte Klasse für jedes Beispiel im Validierungs-Dataset.
y_hat = classifier.predict(x=x_val)
y_hat = np.argmax(y_hat, axis=1)
4/4 [==============================] - 0s 4ms/step
labels_dict = dict(zip(df_test['Class Name'], df_test['Encoded Label']))
labels_dict
{'sci.crypt': 0, 'sci.electronics': 1, 'sci.med': 2, 'sci.space': 3}
cm = skmetrics.confusion_matrix(y_val, y_hat)
disp = skmetrics.ConfusionMatrixDisplay(confusion_matrix=cm,
display_labels=labels_dict.keys())
disp.plot(xticks_rotation='vertical')
plt.title('Confusion matrix for newsgroup test dataset');
plt.grid(False)
Nächste Schritte
Weitere Informationen zur Verwendung von Einbettungen finden Sie in diesen anderen Anleitungen: