Trie 結構有效壓縮文字,利用字首匹配特性縮短詞彙儲存空間。Python 的 textwrap
模組簡化斷行流程,並能精確控制行寬與對齊方式。萃取式摘要演算法根據詞頻統計,快速擷取文章重點。Ngram 模型則應用於詞性標記,透過上下文資訊提升標記準確度。詞彙網路視覺化技術則以圖形方式呈現詞彙間的語義關聯,便於理解文字結構。這些技術相互結合,構成了完整的文字處理流程,可應用於資訊檢索、自然語言理解等領域。
Trie 壓縮文字
題目要求
使用 Trie 結構處理文字,定位每個詞彙的唯一性點並捨棄剩餘部分。
實作程式碼
class TrieNode:
def __init__(self):
self.children = {}
self.is_end_of_word = False
def compress_text(text, trie):
"""使用Trie壓縮文字"""
words = text.split()
compressed = []
for word in words:
node = trie.root
prefix = ""
for char in word:
if char not in node.children:
break
prefix += char
node = node.children[char]
if node.is_end_of_word:
break
compressed.append(prefix)
return ' '.join(compressed)
# 測試範例
class Trie:
def __init__(self):
self.root = TrieNode()
def insert(self, word):
node = self.root
for char in word:
if char not in node.children:
node.children[char] = TrieNode()
node = node.children[char]
node.is_end_of_word = True
trie = Trie()
trie.insert("apple")
trie.insert("application")
print(compress_text("apple application", trie))
內容解密:
- 建立 Trie:插入詞彙建立 Trie 結構。
compress_text
函式:遍歷文字,查詢每個詞彙的唯一字首。
技術分析
- Trie 結構適合用於字首匹配和壓縮。
文字斷行與調整
題目要求
使用 Python 的 textwrap
模組斷行,並新增空格以調整輸出。
實作程式碼
import textwrap
def justify_text(text, width):
"""斷行並調整文字"""
lines = textwrap.wrap(text, width)
justified_lines = []
for line in lines:
words = line.split()
if len(words) == 1:
justified_lines.append(line + ' ' * (width - len(line)))
else:
total_chars = sum(len(word) for word in words)
total_spaces = width - total_chars
gaps = len(words) - 1
base_spaces = total_spaces // gaps
extra_spaces = total_spaces % gaps
justified_line = ''
for i, word in enumerate(words):
justified_line += word
if i < gaps:
justified_line += ' ' * (base_spaces + (1 if i < extra_spaces else 0))
justified_lines.append(justified_line)
return '\n'.join(justified_lines)
# 測試範例
text = "This is a sample text that needs to be justified."
print(justify_text(text, 20))
內容解密:
- 斷行:使用
textwrap.wrap
函式斷行。 - 調整:計算並分配空格以調整行寬。
技術分析
- 使用
textwrap
簡化了斷行邏輯。 - 動態計算空格分配,實作了文字的兩端對齊。
萃取式摘要工具
題目要求
開發一個簡單的萃取式摘要工具,列印檔案中包含最高總詞頻的句子。
實作程式碼
from collections import Counter
import re
def extractive_summarization(text, n_sentences):
"""萃取式摘要"""
sentences = re.split(r'[.!?]', text)
sentences = [s.strip() for s in sentences if s.strip()]
word_freq = Counter(' '.join(sentences).split())
sentence_scores = {}
for sentence in sentences:
score = sum(word_freq[word] for word in sentence.split())
sentence_scores[sentence] = score
top_sentences = sorted(sentence_scores, key=sentence_scores.get, reverse=True)[:n_sentences]
return ' '.join(top_sentences)
# 測試範例
text = "This is a sample text. It contains multiple sentences. Some sentences are more important than others."
print(extractive_summarization(text, 2))
內容解密:
- 分割句子:將文字分割成句子列表。
- 計算詞頻:統計詞彙頻率。
- 評分句子:根據詞頻計算句子得分。
- 選取最高得分句子:排序並選取前 n 個句子。
技術分析
- 使用正規表示式進行句子分割。
- 根據詞頻統計結果進行句子評分。
NgramTagger 類別實作
題目要求
開發自定義的 NgramTagger
類別,封裝詞彙標記訓練和測試資料的詞彙彙總方法。
實作程式碼
from nltk.tag import NgramTagger
class CustomNgramTagger(NgramTagger):
def __init__(self, n, train, backoff=None):
super().__init__(n, train, backoff=backoff)
def context_vocab(self, tagged_data):
"""計算上下文詞彙表"""
# 簡化範例,實際實作需根據需求定義上下文詞彙表的計算邏輯
vocab = set()
for sentence in tagged_data:
for word, tag in sentence:
vocab.add(word)
return vocab
# 測試範例
train_data = [[('This', 'DT'), ('is', 'VBZ'), ('a', 'DT'), ('test', 'NN')]]
tagger = CustomNgramTagger(2, train_data)
print(tagger.context_vocab(train_data))
內容解密:
- 繼承
NgramTagger
:自定義類別繼承自 NLTK 的NgramTagger
。 context_vocab
方法:計算並傳回上下文詞彙表。
技術分析
- 繼承和擴充套件現有的
NgramTagger
類別,以滿足特定需求。
詞彙網路視覺化
題目要求
根據形容詞的語義取向,使用 NetworkX 繪製網路圖。
實作程式碼
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt
def visualize_adjective_network(adjectives, orientations):
"""視覺化形容詞網路"""
G = nx.Graph()
for adj in adjectives:
G.add_node(adj)
# 簡化範例,假設相同取向的形容詞之間有邊
for i in range(len(adjectives)):
for j in range(i+1, len(adjectives)):
if orientations[i] == orientations[j]:
G.add_edge(adjectives[i], adjectives[j])
nx.draw(G, with_labels=True)
plt.show()
# 測試範例
adjectives = ["good", "bad", "excellent", "poor"]
orientations = ["positive", "negative", "positive", "negative"]
visualize_adjective_network(adjectives, orientations)
內容解密:
- 建立圖結構:使用 NetworkX 建立圖並新增節點和邊。
- 繪製網路:根據形容詞的語義取向繪製網路圖。
技術分析
- 利用 NetworkX 和 Matplotlib 進行視覺化展示。
統計上不常見的短語發現
題目要求
設計演算法以發現檔案集合中的統計上不常見的短語。
實作程式碼
from collections import Counter
import re
def statistically_improbable_phrases(documents, n):
"""發現統計上不常見的短語"""
# 簡化範例,實際實作需更複雜的邏輯
all_phrases = []
for doc in documents:
phrases = re.findall(r'\b\w+\s\w+\b', doc)
all_phrases.extend(phrases)
phrase_freq = Counter(all_phrases)
background_freq = Counter()
for doc in documents:
words = doc.split()
for i in range(len(words)-1):
background_freq[words[i] + ' ' + words[i+1]] += 1
improbable_phrases = []
for phrase, freq in phrase_freq.items():
background_count = background_freq[phrase]
if freq > background_count * 2: # 簡化閾值判斷
improbable_phrases.append((phrase, freq))
return sorted(improbable_phrases, key=lambda x: x[1], reverse=True)[:n]
# 測試範例
documents = ["This is a sample document.", "Another document for testing."]
print(statistically_improbable_phrases(documents, 2))
內容解密:
- 提取短語:從檔案中提取短語。
- 統計頻率:計算短語和背景頻率。
- 識別不常見短語:比較頻率,找出統計上不常見的短語。
技術分析
- 使用正規表示式提取短語。
- 比較觀察頻率和背景頻率以識別不常見短語。
詞彙方塊遊戲
題目要求
實作暴力演算法以發現詞彙方塊,一種 n × n 詞彙網格,其中第 n 行與第 n 列相同。
實作程式碼
import itertools
def word_squares(words, n):
"""暴力法尋找詞彙方塊"""
# 簡化範例,實際實作需更高效的演算法
for square in itertools.product(words, repeat=n):
if all(square[i][j] == square[j][i] for i in range(n) for j in range(n)):
yield square
# 測試範例
words = ["cat", "dog", "sun", "hat"]
for square in word_squares(words, 2):
for word in square:
print(word)
print()
內容解密:
- 生成詞彙組合:使用
itertools.product
生成詞彙的 n 次笛卡爾積。 - 檢查方塊條件:驗證生成的組合是否滿足詞彙方塊條件。
技術分析
- 使用暴力法遍歷所有可能的組合。
標記詞類別:詞語標記技術詳解
詞類別(part-of-speech)是自然語言處理中的基礎概念,它對於理解語言結構至關重要。本章將探討詞類別標記(POS tagging)的原理和應用,並介紹相關的技術實作。
5.1 使用標記器
詞類別標記器(POS tagger)是一種能夠為句子中的每個詞賦予正確詞類別標籤的工具。NLTK 提供了方便的介面來進行詞類別標記:
import nltk
text = nltk.word_tokenize("And now for something completely different")
nltk.pos_tag(text)
輸出結果為:
[('And', 'CC'), ('now', 'RB'), ('for', 'IN'), ('something', 'NN'),
('completely', 'RB'), ('different', 'JJ')]
內容解密:
nltk.pos_tag()
函式接收一個詞彙列表,傳回對應的詞類別標記- 每個詞都被標記為特定的詞類別,如 ‘CC’(連線詞)、‘RB’(副詞)、‘IN’(介詞)等
- 詞類別標記對於理解句子的結構和語義至關重要
5.2 標記語料函式庫
在 NLTK 中,標記後的詞彙通常以元組(tuple)的形式表示,包含詞本身和其對應的標記:
tagged_token = nltk.tag.str2tuple('fly/NN')
print(tagged_token) # ('fly', 'NN')
內容解密:
nltk.tag.str2tuple()
函式將字串形式的標記詞轉換為元組形式- 標記語料函式庫中的每個詞都以這種形式儲存,便於後續處理和分析
- 這種表示方法使得詞和其詞類別之間的對應關係更加明確
5.3 詞類別標記的重要性
詞類別標記對於多種自然語言處理任務至關重要,例如:
- 語法分析:瞭解詞類別有助於分析句子的語法結構
- 語義理解:區分詞類別可以幫助理解詞語在不同上下文中的含義
- 語音合成:正確的詞類別標記可以指導語音合成系統正確發音
5.4 自動標記技術
自動詞類別標記是自然語言處理中的一個基本任務。常見的自動標記方法包括:
- 根據規則的方法:利用預定義的語法規則進行標記
- 根據統計的方法:使用統計模型(如隱馬爾可夫模型)進行標記
- 根據機器學習的方法:訓練機器學習模型來進行標記
技術比較
方法 | 優點 | 缺點 |
---|---|---|
根據規則 | 可解釋性強 | 規則維護困難 |
根據統計 | 準確率較高 | 需要大量標記資料 |
根據機器學習 | 靈活性高 | 需要大量訓練資料 |
5.5 實作一個簡單的標記器
我們可以使用 NLTK 提供的工具來實作一個簡單的標記器:
import nltk
from nltk import pos_tag, word_tokenize
def simple_tagger(sentence):
tokens = word_tokenize(sentence)
return pos_tag(tokens)
# 示例用法
sentence = "The quick brown fox jumps over the lazy dog."
print(simple_tagger(sentence))
內容解密:
word_tokenize()
函式用於將句子分割成單個詞語pos_tag()
函式對分割後的詞語進行詞類別標記- 這種簡單的實作可以滿足基本的標記需求
5.6 標記器的評估
評估標記器的效能通常使用準確率指標:
import nltk
from nltk.metrics import accuracy
# 假設我們有一個標記好的測試集
tagged_test_data = [...]
predicted_tags = [tagger.tag(tokens) for tokens, _ in tagged_test_data]
# 計算準確率
accuracy_score = accuracy(gold_tags, predicted_tags)
print(f"標記準確率:{accuracy_score:.4f}")
內容解密:
- 準確率是評估標記器效能的重要指標
- 需要使用標記好的測試資料來評估模型的真實效能
- 除了準確率,還可以考慮使用其他評估指標如精確率、召回率等