Exploración de las incrustaciones giratorias TF-Hub CORD-19

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El cable de 19-texto giratorio módulo de TF-Hub incrustar ( https://tfhub.dev/tensorflow/cord-19/swivel-128d/3 ) fue construido para respaldar a los investigadores que analizan los lenguajes de texto naturales relacionados con COVID-19. Estas inclusiones fueron capacitados en los títulos, autores, resúmenes, textos del cuerpo, y los títulos de referencias de artículos en el conjunto de datos CORD-19 .

En este colab vamos a:

  • Analizar palabras semánticamente similares en el espacio de inserción.
  • Entrene un clasificador en el conjunto de datos de SciCite utilizando las incrustaciones de CORD-19

Configuración

import functools
import itertools
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import seaborn as sns
import pandas as pd

import tensorflow as tf

import tensorflow_datasets as tfds
import tensorflow_hub as hub

from tqdm import trange

Analizar las incrustaciones

Comencemos analizando la incrustación calculando y trazando una matriz de correlación entre diferentes términos. Si la incrustación aprendió a capturar con éxito el significado de diferentes palabras, los vectores de incrustación de palabras semánticamente similares deberían estar muy juntos. Echemos un vistazo a algunos términos relacionados con COVID-19.

# Use the inner product between two embedding vectors as the similarity measure
def plot_correlation(labels, features):
  corr = np.inner(features, features)
  corr /= np.max(corr)
  sns.heatmap(corr, xticklabels=labels, yticklabels=labels)

# Generate embeddings for some terms
queries = [
  # Related viruses
  'coronavirus', 'SARS', 'MERS',
  # Regions
  'Italy', 'Spain', 'Europe',
  # Symptoms
  'cough', 'fever', 'throat'
]

module = hub.load('https://tfhub.dev/tensorflow/cord-19/swivel-128d/3')
embeddings = module(queries)

plot_correlation(queries, embeddings)

png

Podemos ver que la incrustación capturó con éxito el significado de los diferentes términos. Cada palabra es similar a las otras palabras de su grupo (es decir, "coronavirus" tiene una alta correlación con "SARS" y "MERS"), mientras que son diferentes de los términos de otros grupos (es decir, la similitud entre "SARS" y "España" es cerca de 0).

Ahora veamos cómo podemos usar estas incrustaciones para resolver una tarea específica.

SciCite: Clasificación por intención de citas

Esta sección muestra cómo se puede utilizar la incrustación para tareas posteriores, como la clasificación de texto. Vamos a utilizar el conjunto de datos SciCite de TensorFlow conjuntos de datos a los intentos de citación classify de trabajos académicos. Dada una oración con una cita de un artículo académico, clasifique si la intención principal de la cita es como información de antecedentes, uso de métodos o comparación de resultados.

builder = tfds.builder(name='scicite')
builder.download_and_prepare()
train_data, validation_data, test_data = builder.as_dataset(
    split=('train', 'validation', 'test'),
    as_supervised=True)

Echemos un vistazo a algunos ejemplos etiquetados del conjunto de capacitación.

Entrenamiento de un clasificador de intenciones de citaton

Nos entrenaremos un clasificador en el conjunto de datos SciCite usando Keras. Construyamos un modelo que use las incrustaciones de CORD-19 con una capa de clasificación en la parte superior.

Hiperparámetros

Model: "sequential"
_________________________________________________________________
 Layer (type)                Output Shape              Param #   
=================================================================
 keras_layer (KerasLayer)    (None, 128)               17301632  
                                                                 
 dense (Dense)               (None, 3)                 387       
                                                                 
=================================================================
Total params: 17,302,019
Trainable params: 387
Non-trainable params: 17,301,632
_________________________________________________________________

Entrenar y evaluar el modelo

Entrenemos y evaluemos el modelo para ver el desempeño en la tarea SciCite

EPOCHS = 35
BATCH_SIZE = 32

history = model.fit(train_data.shuffle(10000).batch(BATCH_SIZE),
                    epochs=EPOCHS,
                    validation_data=validation_data.batch(BATCH_SIZE),
                    verbose=1)

Epoch 1/35
257/257 [==============================] - 3s 7ms/step - loss: 0.9244 - accuracy: 0.5924 - val_loss: 0.7915 - val_accuracy: 0.6627
Epoch 2/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.7097 - accuracy: 0.7152 - val_loss: 0.6799 - val_accuracy: 0.7358
Epoch 3/35
257/257 [==============================] - 2s 7ms/step - loss: 0.6317 - accuracy: 0.7551 - val_loss: 0.6285 - val_accuracy: 0.7544
Epoch 4/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5938 - accuracy: 0.7687 - val_loss: 0.6032 - val_accuracy: 0.7566
Epoch 5/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5724 - accuracy: 0.7750 - val_loss: 0.5871 - val_accuracy: 0.7653
Epoch 6/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5580 - accuracy: 0.7825 - val_loss: 0.5800 - val_accuracy: 0.7653
Epoch 7/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5484 - accuracy: 0.7870 - val_loss: 0.5711 - val_accuracy: 0.7718
Epoch 8/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5417 - accuracy: 0.7896 - val_loss: 0.5648 - val_accuracy: 0.7806
Epoch 9/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5356 - accuracy: 0.7902 - val_loss: 0.5628 - val_accuracy: 0.7740
Epoch 10/35
257/257 [==============================] - 2s 7ms/step - loss: 0.5313 - accuracy: 0.7903 - val_loss: 0.5581 - val_accuracy: 0.7849
Epoch 11/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5277 - accuracy: 0.7928 - val_loss: 0.5555 - val_accuracy: 0.7838
Epoch 12/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5242 - accuracy: 0.7940 - val_loss: 0.5528 - val_accuracy: 0.7849
Epoch 13/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5215 - accuracy: 0.7947 - val_loss: 0.5522 - val_accuracy: 0.7828
Epoch 14/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5190 - accuracy: 0.7961 - val_loss: 0.5527 - val_accuracy: 0.7751
Epoch 15/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5176 - accuracy: 0.7940 - val_loss: 0.5492 - val_accuracy: 0.7806
Epoch 16/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5154 - accuracy: 0.7978 - val_loss: 0.5500 - val_accuracy: 0.7817
Epoch 17/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5136 - accuracy: 0.7968 - val_loss: 0.5488 - val_accuracy: 0.7795
Epoch 18/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5127 - accuracy: 0.7967 - val_loss: 0.5504 - val_accuracy: 0.7838
Epoch 19/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5111 - accuracy: 0.7970 - val_loss: 0.5470 - val_accuracy: 0.7860
Epoch 20/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5101 - accuracy: 0.7972 - val_loss: 0.5471 - val_accuracy: 0.7871
Epoch 21/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5082 - accuracy: 0.7997 - val_loss: 0.5483 - val_accuracy: 0.7784
Epoch 22/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5077 - accuracy: 0.7995 - val_loss: 0.5471 - val_accuracy: 0.7860
Epoch 23/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5064 - accuracy: 0.8012 - val_loss: 0.5439 - val_accuracy: 0.7871
Epoch 24/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5057 - accuracy: 0.7990 - val_loss: 0.5476 - val_accuracy: 0.7882
Epoch 25/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5050 - accuracy: 0.7996 - val_loss: 0.5442 - val_accuracy: 0.7937
Epoch 26/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5045 - accuracy: 0.7999 - val_loss: 0.5455 - val_accuracy: 0.7860
Epoch 27/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5032 - accuracy: 0.7991 - val_loss: 0.5435 - val_accuracy: 0.7893
Epoch 28/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5034 - accuracy: 0.8022 - val_loss: 0.5431 - val_accuracy: 0.7882
Epoch 29/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5025 - accuracy: 0.8017 - val_loss: 0.5441 - val_accuracy: 0.7937
Epoch 30/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5017 - accuracy: 0.8013 - val_loss: 0.5463 - val_accuracy: 0.7838
Epoch 31/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5015 - accuracy: 0.8017 - val_loss: 0.5453 - val_accuracy: 0.7871
Epoch 32/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5011 - accuracy: 0.8014 - val_loss: 0.5448 - val_accuracy: 0.7915
Epoch 33/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5006 - accuracy: 0.8025 - val_loss: 0.5432 - val_accuracy: 0.7893
Epoch 34/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.5005 - accuracy: 0.8008 - val_loss: 0.5448 - val_accuracy: 0.7904
Epoch 35/35
257/257 [==============================] - 2s 5ms/step - loss: 0.4996 - accuracy: 0.8016 - val_loss: 0.5448 - val_accuracy: 0.7915

from matplotlib import pyplot as plt
def display_training_curves(training, validation, title, subplot):
  if subplot%10==1: # set up the subplots on the first call
    plt.subplots(figsize=(10,10), facecolor='#F0F0F0')
    plt.tight_layout()
  ax = plt.subplot(subplot)
  ax.set_facecolor('#F8F8F8')
  ax.plot(training)
  ax.plot(validation)
  ax.set_title('model '+ title)
  ax.set_ylabel(title)
  ax.set_xlabel('epoch')
  ax.legend(['train', 'valid.'])

display_training_curves(history.history['accuracy'], history.history['val_accuracy'], 'accuracy', 211)
display_training_curves(history.history['loss'], history.history['val_loss'], 'loss', 212)

png

Evaluar el modelo

Y veamos cómo funciona el modelo. Se devolverán dos valores. Pérdida (un número que representa nuestro error, los valores más bajos son mejores) y precisión.

results = model.evaluate(test_data.batch(512), verbose=2)

for name, value in zip(model.metrics_names, results):
  print('%s: %.3f' % (name, value))

4/4 - 0s - loss: 0.5357 - accuracy: 0.7891 - 441ms/epoch - 110ms/step
loss: 0.536
accuracy: 0.789

Podemos ver que la pérdida disminuye rápidamente mientras que, especialmente, la precisión aumenta rápidamente. Tracemos algunos ejemplos para comprobar cómo se relaciona la predicción con las etiquetas verdaderas:

prediction_dataset = next(iter(test_data.batch(20)))

prediction_texts = [ex.numpy().decode('utf8') for ex in prediction_dataset[0]]
prediction_labels = [label2str(x) for x in prediction_dataset[1]]

predictions = [
    label2str(x) for x in np.argmax(model.predict(prediction_texts), axis=-1)]


pd.DataFrame({
    TEXT_FEATURE_NAME: prediction_texts,
    LABEL_NAME: prediction_labels,
    'prediction': predictions
})

Podemos ver que para esta muestra aleatoria, el modelo predice la etiqueta correcta la mayoría de las veces, lo que indica que puede incrustar oraciones científicas bastante bien.

¿Que sigue?

Ahora que ha aprendido un poco más sobre las incrustaciones CORD-19 Swivel de TF-Hub, lo alentamos a participar en la competencia CORD-19 Kaggle para contribuir a obtener conocimientos científicos de los textos académicos relacionados con COVID-19.