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base line [데이콘 제공] 코드 리뷰

ThLee 2023. 1. 6. 00:21
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https://dacon.io/competitions/official/236037/codeshare/7260?page=1&dtype=recent

 

 

[Baseline] TfidfVectorizer + MLP

문장 유형 분류 AI 경진대회

dacon.io

  • 사용 환경
    • 코랩
    • cpu 기준 : 10 epochs 7분 소요(학습)
  • 결과 : 0.5343 (base line 변경없이, 10 epochs)

순서

  1. 마운트 & 임포트
  2. 하이퍼파라미터 설정
  3. Seed 설정
  4. Data load 
  5. Train test split
  6. Processing(전처리)
    1. 문장(Text) 벡터화
    2. Label Encoding(유형,극성,시제,확실성)
  7. DataSet & DataLoader
  8. Model
  9. Train 함수
  10. Valid 함수
  11. Run!!
  12. Inference
  13. Submission

00. 마운트

from google.colab import drive
drive.mount('/content/drive')

코랩에서 데이터를 불러오기 위해 마운트를 해준다

01. Import

import random
import pandas as pd
import numpy as np
import os

from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
from sklearn import preprocessing
from sklearn.metrics import f1_score

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torch.nn.functional as F
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader

from tqdm.auto import tqdm

import warnings
warnings.filterwarnings(action='ignore')
device = torch.device('cuda') if torch.cuda.is_available() else torch.device('cpu')
device

02. 하이퍼 파라미터 설정

CFG = {
    'EPOCHS':10,
    'LEARNING_RATE':1e-4,
    'BATCH_SIZE':256,
    'SEED':41
}
  • epochs : 학습량 
  • learning_rate : optimizer에 사용
  • batch_size : dataloader에 사용
  • seed : 시드 고정용

03. Seed 설정

def seed_everything(seed):
    random.seed(seed)
    os.environ['PYTHONHASHSEED'] = str(seed)
    np.random.seed(seed)
    torch.manual_seed(seed)
    torch.cuda.manual_seed(seed)
    torch.backends.cudnn.deterministic = True
    torch.backends.cudnn.benchmark = True

seed_everything(CFG['SEED']) # Seed 고정

시드를 고정하지 않으면 코랩에서 똑같이 돌려도 어제와 내일 결과가 다를수 있다

04. Data load

data_dir = '경로입력'

df = pd.read_csv(os.path.join(data_dir,'train.csv'))
test = pd.read_csv(os.path.join(data_dir,'test.csv'))

data_dir에 '경로입력' 대신 데이터 디렉토리를 입력해주면 된다

05. Train_test_split

# 제공된 학습데이터를 학습 / 검증 데이터셋으로 재 분할
train, val, _, _ = train_test_split(df, df['label'], test_size=0.2, random_state=CFG['SEED'])

train 데이터를 train과 valid로 8:2로 나누어준다

06. Processing

 

06.1. 문장(Text) 벡터화

# 1. 문장(Text) 벡터화 -> TfidfVectorizer
vectorizer = TfidfVectorizer(min_df = 4, analyzer = 'word', ngram_range=(1, 2))
vectorizer.fit(np.array(train["문장"]))

train_vec = vectorizer.transform(train["문장"])
val_vec = vectorizer.transform(val["문장"])
test_vec = vectorizer.transform(test["문장"])

print(train_vec.shape, val_vec.shape, test_vec.shape)

왜 할까?

문장을 벡터화(숫자)로 변경해주기 위함이다. 

 

어떻게 바뀔까?

before : 0.75%포인트 금리 인상은 1994년 이후 28년 만에 처음이다.

after : [0. 0. 0.448420 ... 0.281466 0. 0.]

 

after 리스트의 길이는 9351이다. 그렇기에 모두 표시가 안되지만, before 문장에서 각 단어에 해당하는 단어의 값이 들어가 있다.(참고로 0.448420 과 0.281466은 보여주기 위해서 임의로 넣은 값이다)

 

더 구체적인 예시를 함보자!

a = sorted(vectorizer.vocabulary_.items(), key = lambda x : x[1], reverse=True)
print(a[:3])

vectorizer의 vocabulary를 보면 제일 마지막(9351개 중 인덱스 9350)은 '힘차게' 라는 단어가 들어간다. 

 

실제로 문장(Text)중에 '힘차게' 들어가있는 문장을 변환해서 결과를 함보자!!

a = vectorizer.transform(['지층을 뚫고 힘차게 올라와 있는 힘을 다 해 ＇으자자자자!＇ 올라오며 원래 지상에 있던 암석들이 흩어져버리고, 새로운 산이 솟아오른 것이다'])

print('before :',train["문장"].loc[10137])
print('after  :',a.toarray())

문장에 '힘차게'가 들어가 있다. '힘차게' 인덱스 위치에 0.40605625가 들어있다. 즉, '힘차게'라는 단어를 벡터화하면 0.40605625가 된다. 이와 같이 모든 단어가 벡터화가 된다.

06.2. Label Encoding(유형,극성,시제,확실성)

# 2. Label Encoding (유형, 극성, 시제, 확실성)
type_le = preprocessing.LabelEncoder()
train["유형"] = type_le.fit_transform(train["유형"].values)
val["유형"] = type_le.transform(val["유형"].values)

polarity_le = preprocessing.LabelEncoder()
train["극성"] = polarity_le.fit_transform(train["극성"].values)
val["극성"] = polarity_le.transform(val["극성"].values)

tense_le = preprocessing.LabelEncoder()
train["시제"] = tense_le.fit_transform(train["시제"].values)
val["시제"] = tense_le.transform(val["시제"].values)

certainty_le = preprocessing.LabelEncoder()
train["확실성"] = certainty_le.fit_transform(train["확실성"].values)
val["확실성"] = certainty_le.transform(val["확실성"].values)

왜 할까? 

  •  유형
    • 대화형 -> 0
    • 사실형 -> 1
    • 예측형 -> 2
    • 추론형-> 3
  • 극성
    • 긍정 -> 0
    • 미정 -> 1
    • 부정 -> 2
  • 시제
    • 과거 -> 0
    • 미래 -> 1
    • 현재 -> 2
  • 확실성
    • 불확실 -> 0
    • 확실 -> 1

각각을 위와 같이 변경해주는 역할을 한다

train_type = train["유형"].values # sentence type
train_polarity = train["극성"].values # sentence polarity
train_tense = train["시제"].values # sentence tense
train_certainty = train["확실성"].values # sentence certainty

train_labels = {
    'type' : train_type,
    'polarity' : train_polarity,
    'tense' : train_tense,
    'certainty' : train_certainty
}
val_type = val["유형"].values # sentence type
val_polarity = val["극성"].values # sentence polarity
val_tense = val["시제"].values # sentence tense
val_certainty = val["확실성"].values # sentence certainty

val_labels = {
    'type' : val_type,
    'polarity' : val_polarity,
    'tense' : val_tense,
    'certainty' : val_certainty
}

train과 valid의 label(정답)을 DataSet에 넣기위해서 따로 딕셔너리로 만들어준다

07. Dataset

class CustomDataset(Dataset):
    def __init__(self, st_vec, st_labels):
        self.st_vec = st_vec
        self.st_labels = st_labels

    def __getitem__(self, index):
        st_vector = torch.FloatTensor(self.st_vec[index].toarray()).squeeze(0)
        if self.st_labels is not None:
            st_type = self.st_labels['type'][index]
            st_polarity = self.st_labels['polarity'][index]
            st_tense = self.st_labels['tense'][index]
            st_certainty = self.st_labels['certainty'][index]
            return st_vector, st_type, st_polarity, st_tense, st_certainty
        else:
            return st_vector

    def __len__(self):
        return len(self.st_vec.toarray())

__getitem__ 안에 있는 "st_vector = torch.FloatTensor(self.st_vec[index].toarray()).squeeze(0)" 거치게 되면 어떻게 되고, 들어가는 데이터는 무엇일까?

for i in train_vec:
  print(i)
  print('-'*50)
  print(i.toarray())
  print('-'*50)
  print(torch.FloatTensor(i.toarray()))
  print('-'*50)
  print(torch.FloatTensor(i.toarray()).squeeze(0))
  break

들어가는 데이터는 아래와 같다

들어가는 데이터

위 데이터가 toarray()를 거치게 되면, 1번째 줄을 예시로 보자! 

"(0, 8877) 0.36545335387744615" 에서 (0, 8877) 의 의미는 0은 별 의미 없고(틀리면 지적좀), 8877이란 의미는 인덱스를 의미한다. 0.3654는 tf-idf값이 된다. 즉, 8877 인덱스에 0.3654가 들어간다고 보면 된다.

 

toarray()를 거치게 되면 "[[0. 0. 0. ... 0. 0. 0.]]"이 된다. 너무 길어서 다 표시는 안되지만, 인덱스 8877에는 0.3654이 들어가 있다. 

torch.FloatTensor를 거치게 되면 "tensor([[0., 0., 0., ..., 0., 0., 0.]])" 이 된다. 

squeeze(0)를 거치게 되면 "tensor([0., 0., 0., ..., 0., 0., 0.])" 이 된다. 2중에서 1중으로 바뀌게 된다.

 

train_dataset = CustomDataset(train_vec, train_labels)
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size = CFG['BATCH_SIZE'], shuffle=True, num_workers=0)

val_dataset = CustomDataset(val_vec, val_labels)
val_loader = DataLoader(val_dataset, batch_size = CFG['BATCH_SIZE'], shuffle=False, num_workers=0)

데이터셋과 데이터로드를 생성해준다.

08. Model 정의

class BaseModel(nn.Module):
    def __init__(self, input_dim=9351):
        super(BaseModel, self).__init__()
        self.feature_extract = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_features=input_dim, out_features=1024),
            nn.BatchNorm1d(1024),
            nn.LeakyReLU(),
            nn.Linear(in_features=1024, out_features=1024),
            nn.BatchNorm1d(1024),
            nn.LeakyReLU(),
            nn.Linear(in_features=1024, out_features=512),
            nn.BatchNorm1d(512),
            nn.LeakyReLU(),
        )
        self.type_classifier = nn.Sequential(
            nn.Dropout(p=0.3),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=4),
        )
        self.polarity_classifier = nn.Sequential(
            nn.Dropout(p=0.3),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=3),
        )
        self.tense_classifier = nn.Sequential(
            nn.Dropout(p=0.3),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=3),
        )
        self.certainty_classifier = nn.Sequential(
            nn.Dropout(p=0.3),
            nn.Linear(in_features=512, out_features=2),
        )
            
    def forward(self, x):
        x = self.feature_extract(x)
        # 문장 유형, 극성, 시제, 확실성을 각각 분류
        type_output = self.type_classifier(x)
        polarity_output = self.polarity_classifier(x)
        tense_output = self.tense_classifier(x)
        certainty_output = self.certainty_classifier(x)
        return type_output, polarity_output, tense_output, certainty_output

일단 label이 유형, 극성, 시제, 확실성 각각 만들어주기 위해 output를 만들어준다

09. Train 함수

def train(model, optimizer, train_loader, val_loader, scheduler, device):
    model.to(device)
    
    criterion = {
        'type' : nn.CrossEntropyLoss().to(device),
        'polarity' : nn.CrossEntropyLoss().to(device),
        'tense' : nn.CrossEntropyLoss().to(device),
        'certainty' : nn.CrossEntropyLoss().to(device)
    }
    
    best_loss = 999999
    best_model = None
    
    for epoch in range(1, CFG['EPOCHS']+1):
        model.train()
        train_loss = []
        for sentence, type_label, polarity_label, tense_label, certainty_label in tqdm(iter(train_loader)):
            sentence = sentence.to(device)
            type_label = type_label.to(device)
            polarity_label = polarity_label.to(device)
            tense_label = tense_label.to(device)
            certainty_label = certainty_label.to(device)
            
            optimizer.zero_grad()
            
            type_logit, polarity_logit, tense_logit, certainty_logit = model(sentence)
            
            loss = 0.25 * criterion['type'](type_logit, type_label) + \
                    0.25 * criterion['polarity'](polarity_logit, polarity_label) + \
                    0.25 * criterion['tense'](tense_logit, tense_label) + \
                    0.25 * criterion['certainty'](certainty_logit, certainty_label)
            
            loss.backward()
            optimizer.step()
            
            train_loss.append(loss.item())
        
        val_loss, val_type_f1, val_polarity_f1, val_tense_f1, val_certainty_f1 = validation(model, val_loader, criterion, device)
        print(f'Epoch : [{epoch}] Train Loss : [{np.mean(train_loss):.5f}] Val Loss : [{val_loss:.5f}] \
        유형 F1 : [{val_type_f1:.5f}] 극성 F1 : [{val_polarity_f1:.5f}] \
        시제 F1 : [{val_tense_f1:.5f}] 확실성 F1 : [{val_certainty_f1:.5f}]\
        시제 F1 : [{(val_type_f1+val_polarity_f1+val_tense_f1+val_certainty_f1)/4:.5f}] \
        ')
        
        if scheduler is not None:
            scheduler.step(val_loss)
            
        if best_loss > val_loss:
            best_loss = val_loss
            best_model = model
            
    return best_model

10. Valid 함수

def validation(model, val_loader, criterion, device):
    model.eval()
    val_loss = []
    
    type_preds, polarity_preds, tense_preds, certainty_preds = [], [], [], []
    type_labels, polarity_labels, tense_labels, certainty_labels = [], [], [], []
    
    
    with torch.no_grad():
        for sentence, type_label, polarity_label, tense_label, certainty_label in tqdm(iter(val_loader)):
            sentence = sentence.to(device)
            type_label = type_label.to(device)
            polarity_label = polarity_label.to(device)
            tense_label = tense_label.to(device)
            certainty_label = certainty_label.to(device)
            
            type_logit, polarity_logit, tense_logit, certainty_logit = model(sentence)
            
            loss = 0.25 * criterion['type'](type_logit, type_label) + \
                    0.25 * criterion['polarity'](polarity_logit, polarity_label) + \
                    0.25 * criterion['tense'](tense_logit, tense_label) + \
                    0.25 * criterion['certainty'](certainty_logit, certainty_label)
            
            val_loss.append(loss.item())
            
            type_preds += type_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            type_labels += type_label.detach().cpu().numpy().tolist()
            
            polarity_preds += polarity_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            polarity_labels += polarity_label.detach().cpu().numpy().tolist()
            
            tense_preds += tense_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            tense_labels += tense_label.detach().cpu().numpy().tolist()
            
            certainty_preds += certainty_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            certainty_labels += certainty_label.detach().cpu().numpy().tolist()
    
    type_f1 = f1_score(type_labels, type_preds, average='weighted')
    polarity_f1 = f1_score(polarity_labels, polarity_preds, average='weighted')
    tense_f1 = f1_score(tense_labels, tense_preds, average='weighted')
    certainty_f1 = f1_score(certainty_labels, certainty_preds, average='weighted')
    
    return np.mean(val_loss), type_f1, polarity_f1, tense_f1, certainty_f1

11. Run!!

model = BaseModel()
model.eval()
optimizer = torch.optim.Adam(params = model.parameters(), lr = CFG["LEARNING_RATE"])
scheduler = torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau(optimizer, mode='min', factor=0.5, patience=2,threshold_mode='abs',min_lr=1e-8, verbose=True)

infer_model = train(model, optimizer, train_loader, val_loader, scheduler, device)

model을 불러오고,

optimizer은 Adam을 사용한다. 

scheduler은 ReduceLROnPlateau를 사용한다.

12. Inference

test_dataset = CustomDataset(test_vec, None)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=CFG['BATCH_SIZE'], shuffle=False, num_workers=0)
def inference(model, test_loader, device):
    model.to(device)
    model.eval()
    
    type_preds, polarity_preds, tense_preds, certainty_preds = [], [], [], []
    
    with torch.no_grad():
        for sentence in tqdm(test_loader):
            sentence = sentence.to(device)
            
            type_logit, polarity_logit, tense_logit, certainty_logit = model(sentence)
            
            type_preds += type_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            polarity_preds += polarity_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            tense_preds += tense_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            certainty_preds += certainty_logit.argmax(1).detach().cpu().numpy().tolist()
            
    return type_preds, polarity_preds, tense_preds, certainty_preds
type_preds, polarity_preds, tense_preds, certainty_preds = inference(model, test_loader, device)
type_preds = type_le.inverse_transform(type_preds)
polarity_preds = polarity_le.inverse_transform(polarity_preds)
tense_preds = tense_le.inverse_transform(tense_preds)
certainty_preds = certainty_le.inverse_transform(certainty_preds)
predictions = []
for type_pred, polarity_pred, tense_pred, certainty_pred in zip(type_preds, polarity_preds, tense_preds, certainty_preds):
    predictions.append(type_pred+'-'+polarity_pred+'-'+tense_pred+'-'+certainty_pred)

13. Submission

submit = pd.read_csv('경로입력')
submit['label'] = predictions
submit.head()
submit.to_csv('./baseline_submit.csv', index=False)

train, valid, inference, submission 부분은 코드 보면 금방 이해될거 같아서 따로 설명을 쓰지 않았다.

대신, processing(전처리) 부분을 위주로 설명을 넣었다.

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