Обучение классификатора текста с использованием вложений

Посмотреть на ai.google.dev

Запустить в Google Colab

Посмотреть исходный код на GitHub

Обзор

В этой записной книжке вы научитесь использовать внедрения, созданные API Gemini, для обучения модели, которая может классифицировать различные типы сообщений групп новостей в зависимости от темы.

В этом уроке вы научите классификатор предсказывать, к какому классу принадлежит сообщение группы новостей.

Предварительные условия

Вы можете запустить это краткое руководство в Google Colab.

Чтобы выполнить это краткое руководство по созданию собственной среды разработки, убедитесь, что ваша среда соответствует следующим требованиям:

• Питон 3.9+
• Установка jupyter для запуска ноутбука.

Настраивать

Сначала загрузите и установите библиотеку Python Gemini API.

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
import google.ai.generativelanguage as glm

# 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

Получите ключ API

Прежде чем вы сможете использовать API Gemini, вам необходимо сначала получить ключ API. Если у вас его еще нет, создайте ключ одним щелчком мыши в Google AI Studio.

Получить ключ API

В Colab добавьте ключ к менеджеру секретов под знаком «🔑» на левой панели. Дайте ему имя API_KEY .

Получив ключ API, передайте его в SDK. Вы можете сделать это двумя способами:

• Поместите ключ в переменную среды GOOGLE_API_KEY (SDK автоматически подберет его оттуда).
• Передайте ключ в 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

Набор данных

Набор текстовых данных 20 групп новостей содержит 18 000 сообщений групп новостей по 20 темам, разделенным на обучающие и тестовые наборы. Разделение наборов обучающих и тестовых данных основано на сообщениях, опубликованных до и после определенной даты. В этом руководстве вы будете использовать подмножества наборов обучающих и тестовых данных. Вы предварительно обработаете и упорядочите данные в кадры данных Pandas.

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']

Вот пример того, как выглядит точка данных из обучающего набора.

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 ----

Теперь вы начнете предварительную обработку данных для этого урока. Удалите всю конфиденциальную информацию, такую ​​как имена, адрес электронной почты или лишние части текста, такие как "From: " и "\nSubject: " . Организуйте информацию в фрейм данных Pandas, чтобы она была более читабельной.

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()

Затем вы выберете некоторые данные, взяв 100 точек данных из набора обучающих данных и удалив несколько категорий, чтобы пройти через это руководство. Выберите научные категории для сравнения.

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

Создайте вложения

В этом разделе вы увидите, как создавать внедрения для фрагмента текста, используя внедрения из API Gemini. Чтобы узнать больше о встраиваниях, посетите руководство по встраиваниям .

Изменения API в Embeddings-001

Для новой модели внедрения имеется новый параметр типа задачи и необязательный заголовок (действителен только с Task_type= RETRIEVAL_DOCUMENT ).

Эти новые параметры применяются только к новейшим моделям внедрения. Типы задач:

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()

Постройте простую модель классификации

Здесь вы определите простую модель с одним скрытым слоем и выходной вероятностью одного класса. Прогноз будет соответствовать вероятности того, что фрагмент текста будет относиться к определенному классу новостей. Когда вы строите свою модель, Keras автоматически перетасовывает точки данных.

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

Обучите модель классифицировать группы новостей

Наконец, вы можете обучить простую модель. Используйте небольшое количество эпох, чтобы избежать переобучения. Первая эпоха занимает гораздо больше времени, чем остальные, поскольку вложения нужно вычислить только один раз.

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

Оцените производительность модели

Используйте Keras Model.evaluate , чтобы получить потери и точность в наборе тестовых данных.

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}

Один из способов оценить производительность вашей модели — визуализировать производительность классификатора. plot_history чтобы увидеть тенденции потерь и точности на протяжении эпох.

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)

Другой способ оценить производительность модели, помимо измерения потерь и точности, — использовать матрицу путаницы. Матрица путаницы позволяет оценить эффективность модели классификации за пределами точности. Вы можете увидеть, как классифицируются неправильно классифицированные точки. Чтобы построить матрицу путаницы для этой задачи классификации нескольких классов, получите фактические значения в тестовом наборе и прогнозируемые значения.

Начните с создания прогнозируемого класса для каждого примера в наборе проверки с помощью Model.predict() .

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)

Следующие шаги

Чтобы узнать больше о том, как можно использовать вложения, ознакомьтесь с доступными примерами . Чтобы узнать, как использовать другие сервисы API Gemini, посетите краткое руководство по Python .