Deep Learning study

[pytorch] RNN seq2seq 를 이용한 translater 본문

AI/Pytorch

[pytorch] RNN seq2seq 를 이용한 translater

HwaniL.choi 2018. 2. 2. 21:51
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# coding: utf-8
 
# In[1]:
 
 
from __future__ import unicode_literals, print_function, division
from io import open
import unicodedata
import string
import re
import random
 
import torch
import torch.nn as nn
from torch.autograd import Variable
from torch import optim
import torch.nn.functional as F
 
use_cuda = torch.cuda.is_available()
 
 
# In[2]:
 
 
#make dict
 
SOS_token = 0
EOS_token = 1
 
class Lang :
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.word2index = {}
        self.index2word = {}
        self.word2count = {0"SOS"1"EOS"}
        self.n_words = 2 #count SOS and EOS
        
    def addSentence(self, sentence):
        for word in sentence.split(' '):
            self.addWord(word)
    
    def addWord(self, word):
        if word not in self.word2index:
            self.word2index[word] = self.n_words
            self.word2count[word] = 1
            self.index2word[self.n_words] = word
            self.n_words += 1
        else:
            self.word2count[word] += 1
 
 
# In[3]:
 
 
#Turn a Unicode stirng to plain ASCII
 
def unicodeToAscii(s):
    return ''.join(
        c for c in unicodedata.normalize('NFD', s)
        if unicodedata.category(c) != 'Mn'
    )
 
# Lowercase, trim, and remove non-letter characters
 
def normalizeString(s):
    s = unicodeToAscii(s.lower().strip())
    s = re.sub(r"([.!?])", r" \1", s)
    s = re.sub(r"[^a-zA-Z.!?]+", r" ", s)
    return s
 
 
# In[4]:
 
 
def readLangs(lang1, lang2, reverse=False):
    print("Reading lines...")
    
    lines = open('../data/fra-eng/%s-%s.txt' % (lang1 , lang2), encoding='utf-8').read().strip().split('\n')
    print(lines)
    pairs = [[normalizeString(s) for s in l.split('\t')] for l in lines]
    
    if reverse:
        pairs = [list(reversed(p)) for p in pairs]
        input_lang = Lang(lang2)
        output_lang = Lang(lang1)
    else:
        input_lang = Lang(lang1)
        output_lang = Lang(lang2)
        
    return input_lang, output_lang, pairs
 
 
# In[5]:
 
 
MAX_LENGTH = 10
 
eng_prefixes = (
    "i am ""i m ",
    "he is""he s ",
    "she is""she s",
    "you are""you re ",
    "we are""we re ",
    "they are""they re "
)
 
# def filterPair(p):
#     return len(p[0].split(' ')) < MAX_LENGTH and \
#         len(p[1].split(' ')) < MAX_LENGTH and \
#         p[1].startswith(eng_prefixes)
        
# def filterPairs(pairs):
#     return [pair for pair in pairs if filterPair(pair)]
def filterPair(p):
    return len(p[0].split(' ')) < MAX_LENGTH and         len(p[1].split(' ')) < MAX_LENGTH and         p[1].startswith(eng_prefixes)
 
 
def filterPairs(pairs):
    return [pair for pair in pairs if filterPair(pair)]
 
 
# In[6]:
 
 
def prepareData(lang1, lang2, reverse=False):
    input_lang, output_lang, pairs = readLangs(lang1, lang2, reverse)
    print("Read %s sentence pairs" % len(pairs))
    pairs = filterPairs(pairs)
    print("Trimmed to %s sentence pairs" % len(pairs))
    print("Counting words...")
    for pair in pairs:
        input_lang.addSentence(pair[0])
        output_lang.addSentence(pair[1])
    print("Counted words:")
    print(input_lang.name, input_lang.n_words)
    print(output_lang.name, output_lang.n_words)
    return input_lang, output_lang, pairs
 
input_lang, output_lang, pairs = prepareData('eng''fra', True)
print(random.choice(pairs))
 
 
# In[7]:
 
 
class EncoderRNN(nn.Module):
    def __init__(self, input_size, hidden_size):
        super(EncoderRNN, self).__init__()
        self.hidden_size = hidden_size
        
        self.embedding = nn.Embedding(input_size, hidden_size)
        self.gru = nn.GRU(hidden_size, hidden_size)
        
    def forward(self, input, hidden):
        embedded = self.embedding(input).view(11-1)
        output = embedded
        output, hidden = self.gru(output, hidden)
        return output, hidden
    
    def initHidden(self):
        reuslt = Variable(torch.zeros(1,1, self.hidden_size))
        if use_cuda:
            return result.cuda()
        else:
            return result
 
 
# In[8]:
 
 
class DecoderRNN(nn.Module):
    def __init__(self, hidden_size, output_size):
        super(DecoderRNN, self).__init__()
        self.hidden_size = hidden_size
        
        self.embedding = nn.Embedding(output_size, hidden_size)
        self.gru = nn.GRU(hidden_size, hidden_size)
        self.out = nn.Linear(hidden_size, output_size)
        self.softmax = nn.LogSoftmax(dim=1)
        
    def forward(self, input, hidden):
        output = self.embedding(input).view(1,1,-1)
        output = F.relu(output)
        output, hidden = self.gru(output, hidden)
        output = self.softmax(self.out(output[0]))
        return output, hidden
    
    def initHidden(self):
        result = Variable(torch.zeros(1,1,self.hidden_size))
        if use_cuda:
            return result.cuda()
        else:
            return result
 
 
# In[9]:
 
 
class AttnDecoderRNN(nn.Module):
    def __init__(self, hidden_size, output_size, dropout_p = 0.1, max_length=MAX_LENGTH):
        super(AttnDecoderRNN, self).__init__()
        self.hidden_size = hidden_size
        self.output_size = output_size
        self.dropout_p = dropout_p
        self.max_length = max_length
        
        self.embedding = nn.Embedding(self.output_size, self.hidden_size)
        self.attn = nn.Linear(self.hidden_size * 2 , self.max_length)
        self.attn_combine = nn.Linear(self.hidden_size*2, self.hidden_size)
        self.dropout = nn.Dropout(self.dropout_p)
        self.gru = nn.GRU(self.hidden_size, self.hidden_size)
        self.out = nn.Linear(self.hidden_size, self.output_size)
        
    def forward(self, input, hidden, encoder_outputs):
        embedded = self.embedding(output).view(1,1,-1)
        embedded = self.dropout(embedded)
        
        attn_weights = F.softmax(self.attn(torch.cat((embedded[0], hidden[0]) , 1 )) , dim=1)
        attn_applied = torch.bmm(attn_weights.unsqueeze(0), encoder_outputs.unsqueeze(0))
        
        output = torch.cat((embedded[0], attn_applied[0]), 1)
        output = self.attn_combine(output).unsqueeze(0)
        
        output = F.relu(output)
        output, hidden = self.gru(output, hidden)
        
        output = F.log_softmax(self.out(output[0]), dim=1)
        return output, hidden, attn_weights
    
    def initHidden(self):
        result = Variable(torch.zeros(1,1,self.hidden_size))
        if use_cuda:
            return result.cuda()
        else:
            return result
        
 
 
# In[10]:
 
 
## preparing Training data
 
def indexesFromSentence(lang, sentence):
    return [lang.word2index[word] for word in sentence.split(' ')]
 
def variableFromSentence(lang, sentence):
    indexes = indexesFromSentence(lang, sentence)
    indexes.append(EOS_token)
    result = Variable(torch.LongTensor(indexes).view(-1,1))
    if use_cuda:
        return result.cuda()
    else:
        return result
 
def variablesFromPair(pair):
    input_variable = variableFromSentence(input_lang, pair[0])
    target_variable = variableFromSentence(output_lang, pair[1])
    return (input_variable, target_variable)
 
 
# In[12]:
 
 
## training
 
teacher_forcing_ratio = 0.5
 
def train(input_variable, target_variable, encoder, decoder, encoder_optimizer, decoder_optimizer, criterion, max_length=MAX_LENGTH):
    encoder_hidden = encoder.initHidden()
    
    encoder_optimizer.zero_grad()
    decoder_optimizer.zero_grad()
    
    input_length = input_variable.size()[0]
    target_length = target_variable.size()[0]
    
    encoder_outputs = Variable(torch.zeros(max_length, encoder.hidden_size))
    encoder_outputs = encoder_outputs.cuda() if use_cuda else encoder_outputs
    
    loss=0
    
    for ei in range(input_length):
        encoder_output, encoder_hidden = encoder(
            input_variable[ei], encoder_hidden)
        encoder_outputs[ei] = encoder_output[0][0]
        
    decoder_input = Variable(torch.LongTensor([[SOS_token]]))
    decoder_input = decoder_input.cuda() if use_cuda else decoder_input
    
    decoder_hidden = encoder_hidden
    
    use_teacher_forcing = True if random.random() < teacher_forcing_racio else False
    
    if use_teacher_forcing:
        for di in range(target_length):
            decoder_output, decoder_hidden, decoder_attention = decoder(decoder_input, decoder_hidden, encoder_outputs)
            topv, topi = decoder_input.cuda() if use_cudaelse else decoder_input
            
            loss += criterion(decoder_output, target_variable[di])
            if ni == EOS_token:
                break
                
        loss.backward()
        
        encoder_optimizer.step()
        decoder_optimizer.step()
        
        return loss.data[0/ target_length
        
 
 
# In[1]:
 
 
import time
import math
 
 
def asMinutes(s):
    m = math.floor(s / 60)
    s -= m * 60
    return '%dm %ds' % (m, s)
 
 
def timeSince(since, percent):
    now = time.time()
    s = now - since
    es = s / (percent)
    rs = es - s
    return '%s (- %s)' % (asMinutes(s), asMinutes(rs))
 
 
# In[2]:
 
 
def trainIters(encoder, decoder, n_iters, print_every=1000, plot_every=100, learning_rate=0.01):
    start = time.time()
    plot_losses = []
    print_loss_total = 0  # Reset every print_every
    plot_loss_total = 0  # Reset every plot_every
 
    encoder_optimizer = optim.SGD(encoder.parameters(), lr=learning_rate)
    decoder_optimizer = optim.SGD(decoder.parameters(), lr=learning_rate)
    training_pairs = [variablesFromPair(random.choice(pairs))
                      for i in range(n_iters)]
    criterion = nn.NLLLoss()
 
    for iter in range(1, n_iters + 1):
        training_pair = training_pairs[iter - 1]
        input_variable = training_pair[0]
        target_variable = training_pair[1]
 
        loss = train(input_variable, target_variable, encoder,
                     decoder, encoder_optimizer, decoder_optimizer, criterion)
        print_loss_total += loss
        plot_loss_total += loss
 
        if iter % print_every == 0:
            print_loss_avg = print_loss_total / print_every
            print_loss_total = 0
            print('%s (%d %d%%) %.4f' % (timeSince(start, iter / n_iters),
                                         iter, iter / n_iters * 100, print_loss_avg))
 
        if iter % plot_every == 0:
            plot_loss_avg = plot_loss_total / plot_every
            plot_losses.append(plot_loss_avg)
            plot_loss_total = 0
 
    showPlot(plot_losses)
 
 
# In[3]:
 
 
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.ticker as ticker
import numpy as np
 
 
def showPlot(points):
    plt.figure()
    fig, ax = plt.subplots()
    # this locator puts ticks at regular intervals
    loc = ticker.MultipleLocator(base=0.2)
    ax.yaxis.set_major_locator(loc)
    plt.plot(points)
 
 
# In[4]:
 
 
def evaluate(encoder, decoder, sentence, max_length=MAX_LENGTH):
    input_variable = variableFromSentence(input_lang, sentence)
    input_length = input_variable.size()[0]
    encoder_hidden = encoder.initHidden()
 
    encoder_outputs = Variable(torch.zeros(max_length, encoder.hidden_size))
    encoder_outputs = encoder_outputs.cuda() if use_cuda else encoder_outputs
 
    for ei in range(input_length):
        encoder_output, encoder_hidden = encoder(input_variable[ei],
                                                 encoder_hidden)
        encoder_outputs[ei] = encoder_outputs[ei] + encoder_output[0][0]
 
    decoder_input = Variable(torch.LongTensor([[SOS_token]]))  # SOS
    decoder_input = decoder_input.cuda() if use_cuda else decoder_input
 
    decoder_hidden = encoder_hidden
 
    decoded_words = []
    decoder_attentions = torch.zeros(max_length, max_length)
 
    for di in range(max_length):
        decoder_output, decoder_hidden, decoder_attention = decoder(
            decoder_input, decoder_hidden, encoder_outputs)
        decoder_attentions[di] = decoder_attention.data
        topv, topi = decoder_output.data.topk(1)
        ni = topi[0][0]
        if ni == EOS_token:
            decoded_words.append('<EOS>')
            break
        else:
            decoded_words.append(output_lang.index2word[ni])
 
        decoder_input = Variable(torch.LongTensor([[ni]]))
        decoder_input = decoder_input.cuda() if use_cuda else decoder_input
 
    return decoded_words, decoder_attentions[:di + 1]
 
 
# In[ ]:
 
 
def evaluateRandomly(encoder, decoder, n=10):
    for i in range(n):
        pair = random.choice(pairs)
        print('>', pair[0])
        print('=', pair[1])
        output_words, attentions = evaluate(encoder, decoder, pair[0])
        output_sentence = ' '.join(output_words)
        print('<', output_sentence)
        print('')
        hidden_size = 256
        
encoder1 = EncoderRNN(input_lang.n_words, hidden_size)
attn_decoder1 = AttnDecoderRNN(hidden_size, output_lang.n_words, dropout_p=0.1)
 
 
if use_cuda:
    encoder1 = encoder1.cuda()
    attn_decoder1 = attn_decoder1.cuda()
 
trainIters(encoder1, attn_decoder1, 75000, print_every=5000)
 
evaluateRandomly(encoder1, attn_decoder1)
 
 
cs


pytorch를 이용해 seq2seq모델을 만들어 보았다 ! 


코드를 분석해가며 하나하나 해보는데 너무 오래걸렸다. 가장어려웠던 부분은 데이터를 전처리 해줘야 하는부분이 너무 많았다.  이미지와는 다르게 따로 해줘야할 작업들이 많다.


좀더 공부를 한후에 다시 결과도 올리고, 코드 분석을 다시 해야겠다.

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