【python】sklearnのLDA(LatentDirichletAllocation)を試してみる
注意：線形判別分析（LinearDiscriminantAnalysis）ではありません。トピックモデルのLDAです。
はじめに
LDAといえば、トピックモデルの代表的な手法であり、一昔前の自然言語処理では頻繁に使われていました（最近は分散表現や深層学習に押されて廃れ気味な気もしますが）。
普通、pythonでLDAといえばgensimの実装を使うことが多いと思います。が、gensimは独自のフレームワークを持っており、少しとっつきづらい感じがするのも事実です。
gensim: models.ldamodel – Latent Dirichlet Allocation
このLDA、実はsklearnにもモデルがあるので、そっちを試しに使ってみようと思います。
ライブラリのリンク
sklearn.decomposition.LatentDirichletAllocation — scikit-learn 0.20.1 documentation
何はともあれ分類タスク
当ブログでは定番になっている20newsgroupsデータセットで文書分類をやってみましょう。
from sklearn.datasets import fetch_20newsgroups from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer as CV from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation as LDA from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier as RFC from sklearn.pipeline import Pipeline from sklearn.metrics import classification_report def main(): news20 = fetch_20newsgroups() X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split( news20.data[:5000], news20.target[:5000], stratify=news20.target[:5000]) cv = CV(min_df=0.04, stop_words="english") lda = LDA(n_components=100, max_iter=30, n_jobs=-1) rfc = RFC(n_estimators=500, n_jobs=-1) estimators = [("cv", cv), ("lda", lda), ("rfc", rfc)] pl = Pipeline(estimators) pl.fit(X_train, y_train) y_pred = pl.predict(X_test) print(classification_report( y_test, y_pred, target_names=news20.target_names)) if __name__ == "__main__": main()
見ての通りのモデルです。CountVectorizerでBoWに変換し、LDAで次元削減したあとランダムフォレストにかけて分類します。パラメータは適当にいじって計算時間と分類性能の兼ね合いで決めました。
で、肝心の分類性能ですが、classification_reportで出した結果を以下に示します。
precision recall f1-score support
alt.atheism 0.30 0.25 0.27 55
comp.graphics 0.29 0.27 0.28 63
comp.os.ms-windows.misc 0.58 0.74 0.65 66
comp.sys.ibm.pc.hardware 0.35 0.31 0.33 64
comp.sys.mac.hardware 0.16 0.09 0.12 64
comp.windows.x 0.31 0.25 0.28 67
misc.forsale 0.46 0.62 0.53 66
rec.autos 0.48 0.57 0.52 65
rec.motorcycles 0.22 0.25 0.23 69
rec.sport.baseball 0.25 0.25 0.25 65
rec.sport.hockey 0.44 0.60 0.51 65
sci.crypt 0.47 0.66 0.55 67
sci.electronics 0.37 0.29 0.33 69
sci.med 0.25 0.28 0.27 68
sci.space 0.65 0.63 0.64 62
soc.religion.christian 0.49 0.56 0.52 66
talk.politics.guns 0.31 0.28 0.29 58
talk.politics.mideast 0.53 0.38 0.45 60
talk.politics.misc 0.43 0.35 0.38 52
talk.religion.misc 0.36 0.21 0.26 39
micro avg 0.40 0.40 0.40 1250
macro avg 0.39 0.39 0.38 1250
weighted avg 0.39 0.40 0.39 1250ちょっとしょぼい・・・かな。何も考えず、BoWのままランダムフォレストに入れたときでも0.7くらいの評価指標になっていたので、しょぼいと言わざるを得ない感じです。
【python】sklearnのfetch_20newsgroupsで文書分類を試す(2) - 静かなる名辞
トピック数やmax_iterなどのパラメータを上げると改善する傾向ですが、計算時間は増加します。気合い入れてパラメータを適正に選んでぶん回せばたぶんちゃんとした結果になるのだと思いますが、そうするコストは高そうです。
トピックの中身を見てみる
LDAは分類の前処理に使うより、むしろ出来上がったトピックを見て「はーんこんな風に分かれるのね」と楽しむ方が面白いような気もするので、軽く見てみます。ただし、膨大な文書をLDAで回すのも、その結果を人手で解釈するのも大変なので、
- 1000文書だけ入れる
- 50トピックでLDAモデルを構築し、うち先頭10トピックだけ見ることにする
- 各トピックの大きい係数5個だけ見る
という手抜き解釈です。
import numpy as np from sklearn.datasets import fetch_20newsgroups from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer as CV from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation as LDA def main(): news20 = fetch_20newsgroups() X = news20.data[:1000] y = news20.target[:1000] cv = CV(min_df=0.04, stop_words="english") lda = LDA(n_components=50, max_iter=50, n_jobs=-1) lda.fit(cv.fit_transform(X, y)) feature_names = np.array(cv.get_feature_names()) for i, component in enumerate(lda.components_[:10]): print("component:", i) idx = component.argsort()[::-1][:5] for j in idx: print(feature_names[j], component[j]) if __name__ == "__main__": main()
結果は以下の通り。コメントで解釈を付けてみました。
component: 0 # carとspeedなので車関係 car 105.0307361645338 speed 66.0512803728286 years 34.28189251426528 year 28.634803273219863 ago 22.20999274754642 component: 1 # よくわからん time 88.93501118238727 david 40.73976076823079 group 37.700769220589336 information 25.679148778591387 services 24.1215050863642 component: 2 # IBMなので恐らくコンピュータ関連 com 178.86471720750257 ibm 103.60651295996851 writes 53.83219596330523 article 38.98071797104704 lines 31.65901015205818 component: 3 # 教育機関とか？ edu 293.2163826198764 cc 106.47895192641978 writes 96.85399760416148 organization 67.46869749413264 article 67.44141504814338 component: 4 # 上のトピックと似ていてeduがトップに来る。なんでしょうねぇ（メールアドレスとかURLだったりして） edu 303.2418519434582 article 97.83240562135947 writes 89.61827003849298 technology 78.82229006007034 organization 65.80274084351083 component: 5 # windowsとかソフト関連 windows 150.91253925843284 00 91.50205933157577 15 24.611812739517074 software 19.04945545853369 20 14.902153206775973 component: 6 # よくわからない thought 28.89413050306475 kind 21.98192709084761 david 13.591746503570576 code 8.357254795587956 little 7.6968699914925 component: 7 # メーリングリスト関連？ list 62.55156212975074 address 50.37113047912307 data 45.349827179735904 information 39.6113013625701 mail 33.98010842887469 component: 8 # カネ、政府、ソフトウェア…… money 36.13150161231052 gov 28.618673196459778 software 21.193931015050016 source 20.603010804981693 cost 20.35807225674739 component: 9 # 大学とかのネットワーク関連っぽい edu 439.0633403498364 university 165.04391386786645 posting 162.13921320408093 nntp 159.2048859320109 host 158.37699187575328
恐ろしく雑な解釈ですが、一応トピックごとにまとまっているっぽいことはなんとなくわかりました。
はっきり内容がわかるのは半分以下ですが……。
sklearnのLDAの欠点
たぶんperplexityとかCoherenceとかは見れないと思う。
体感ではgensimのより遅い気がします。ちゃんと測っていないので、あくまでもなんとなくですが。
まとめ
sklearnでも一応できることはわかりました。
機能がしょぼいので本格的に使いたければgensimの方がおすすめです。gensimが使えない環境でLDAしないといけなくなったときには代用品として使えなくはありません。
