Streamlit: 情感分析web应用

Streamlit开发手册 http://cw.hubwiz.com/card/c/streamlit-manual/

1、情感分类

情感分类是自然语言处理（NLP）中的一个经典问题，目的是判断一个语句的情感倾向是积极（Positive）还是消极（Negative）。

例如，“I love Python！”这句话应当被归类为Positive，而“Python is the worst!”则应当被归类为Negative。

2、Flair开发库

很多流行的机器学习开发库都提供了情感分类器的实现，从简单和效果方面考虑，在这个教程里我们使用Flair，一个顶级的NLP分类器开发包。

可以执行如下命令安装Flair：

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pip3 install flair

3、Sentiment140数据集

任何数据科学项目都需要数据集，Sentiment140数据集是我们这个项目的绝配。该数据集包含了160万条标注好的tweet微博，标注0表示消极，4表示积极。

可以从这里下载Sentiment140数据集。

4、数据载入及预处理

一旦下载好Sentiment140数据集，就可以使用如下代码载入数据：

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import pandas as pd

col_names = ['sentiment','id','date','query_string','user','text']
data_path = 'training.1600000.processed.noemoticon.csv'

tweet_data = pd.read_csv(data_path, header=None, names=col_names, encoding="ISO-8859-1").sample(frac=1) # .sample(frac=1) shuffles the data
tweet_data = tweet_data[['sentiment', 'text']] # Disregard other columns
print(tweet_data.head())

运行上面的代码将输出如下结果:

        sentiment                                               text
1459123          4  @minalpatel Any more types of glassware you'd...
544833           0  I was a bit puzzled as to why it seemed to it...
398665           0  Yay...my car is ready....Was about 2500 miles...
708548           0               @JoshEJosh How ya been? I MISS you! 
264000           0  @MrFresh0587 yeah i know. well...i'm going to...

不过，因为我们使用 .sample(frac=1)随机打乱了数据的先后次序，你得到的结果可能略有不同。

现在数据还很乱，我们先进行预处理：

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import re

allowed_chars = ' AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOoPpQqRrSsTtUuVvWwXxYyZz0123456789~`!@#$%^&*()-=_+[]{}|;:",./<>?'
punct = '!?,.@#'
maxlen = 280

def preprocess(text):
    return ''.join([' ' + char + ' ' if char in punct else char for char in [char for char in re.sub(r'http\S+', 'http', text, flags=re.MULTILINE) if char in allowed_chars]])[:maxlen]

上面的函数略为有点乏味，但是简而言之，这段代码的目的是剔除文本中所有不能识别的字符、链接等并截断为280个字符。有更好的办法来进行链接清理等预处理，不过我们这里就用最朴素的方法了。

Flair对数据格式有特定的要求，看起来是这样：

__label__<LABEL>    <TEXT>

在我们的微博情感分析应用中，数据整理后应该是这样：

__label__4    <PRE-PROCESSED TWEET>
__label__0    <PRE-PROCESSED TWEET>
...

为此，我们需要三个步骤：

1、执行预处理函数

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tweet_data['text'] = tweet_data['text'].apply(preprocess)

2、在每个情感标记前添加__label__前缀

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tweet_data['sentiment'] = '__label__' + tweet_data['sentiment'].astype(str)

3、保存数据

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import os

# Create directory for saving data if it does not already exist
data_dir = './processed-data'
if not os.path.isdir(data_dir):
    os.mkdir(data_dir)

# Save a percentage of the data (you could also only load a fraction of the data instead)
amount = 0.125

tweet_data.iloc[0:int(len(tweet_data)*0.8*amount)].to_csv(data_dir + '/train.csv', sep='\t', index=False, header=False)
tweet_data.iloc[int(len(tweet_data)*0.8*amount):int(len(tweet_data)*0.9*amount)].to_csv(data_dir + '/test.csv', sep='\t', index=False, header=False)
tweet_data.iloc[int(len(tweet_data)*0.9*amount):int(len(tweet_data)*1.0*amount)].to_csv(data_dir + '/dev.csv', sep='\t', index=False, header=False)

在上面的代码中，你可能注意到了两个问题：

我们仅保存了部分数据。这是因为Sentiment140数据集太大了，如果Flair加载完整的数据集需要太多的内存。
我们将数据分割为训练集、测试集和开发集。当Flair载入数据时，它需要数据按这种方法拆分。默认情况下，拆分比例为8-1-1，即80%的数据进训练集、10% 的数据进测试集、10%的数据进开发集

现在，数据准备好了！

5、基于Flair的文本情感分类实现

在这个教程中，我们仅涉及Flair的基础。如果你需要更多细节，推荐你查看Flair的官方文档。

首先我们用Flair的NLPTaskDataFetcher 类载入数据：

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from flair.data_fetcher import NLPTaskDataFetcher
from pathlib import Path

corpus = NLPTaskDataFetcher.load_classification_corpus(Path(data_dir), test_file='test.csv', dev_file='dev.csv', train_file='train.csv')

然后我们构造一个标签字典来记录语料库中分配给文本的所有标签：

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label_dict = corpus.make_label_dictionary()

现在可以载入Flair内置的GloVe词嵌入了：

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from flair.embeddings import WordEmbeddings, FlairEmbeddings

word_embeddings = [WordEmbeddings('glove'),
#                    FlairEmbeddings('news-forward'),
#                    FlairEmbeddings('news-backward')
                  ]

注释掉的两行代码是Flair提供的选项，用于得到更好的效果，不过我的内存有限，因此无法进行测试。

载入词嵌入向量后，用下面的代码进行初始化：

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from flair.embeddings import DocumentRNNEmbeddings

document_embeddings = DocumentRNNEmbeddings(word_embeddings, hidden_size=512, reproject_words=True, reproject_words_dimension=256)

现在整合词嵌入向量和标签字典，得到一个TextClassifier模型：

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from flair.models import TextClassifier

classifier = TextClassifier(document_embeddings, label_dictionary=label_dict)

接下来我们可以创建一个ModelTrainer实例来用我们的语料库训练模型：

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from flair.trainers import ModelTrainer

trainer = ModelTrainer(classifier, corpus)

一旦开始训练，我们需要等一会儿了：

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trainer.train('model-saves',
              learning_rate=0.1,
              mini_batch_size=32,
              anneal_factor=0.5,
              patience=8,
              max_epochs=200)

在模型训练完之后，可以使用如下的代码进行测试：

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from flair.data import Sentence

classifier = TextClassifier.load('model-saves/final-model.pt')

pos_sentence = Sentence(preprocess('I love Python!'))
neg_sentence = Sentence(preprocess('Python is the worst!'))

classifier.predict(pos_sentence)
classifier.predict(neg_sentence)

print(pos_sentence.labels, neg_sentence.labels)

你应该可以得到类似下面这样的结果：

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[4 (0.9758405089378357)] [0 (0.8753706812858582)]

看起来预测是正确的！

6、抓取twitter微博

不错，现在我们有了一个可以预测单条tweet的感情色彩是积极或消极。不过这还不是太有用，那么应该怎么改进？

我的想法是抓取指定查询条件的最新tweet微博，逐个进行情感分类，然后计算积极/消极的比率。

我个人喜欢用twitterscraper来抓twitter微博，虽然它不算快，但你可以绕过twitter设置的请求限制。用下面的命令安装twitterscraper：

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pip3 install twitterscraper

安装好了。稍后我们再进行具体的抓取。

7、编写Streamlit脚本

创建一个新的文件main.py，然后先引入一些模块：

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import datetime as dt
import re

import pandas as pd
import streamlit as st
from flair.data import Sentence
from flair.models import TextClassifier
from twitterscraper import query_tweets

接下来，我们可以进行一些基本的处理，例如设置页面标题、载入分类模型：

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# Set page title
st.title('Twitter Sentiment Analysis')

# Load classification model
with st.spinner('Loading classification model...'):
    classifier = TextClassifier.load('models/best-model.pt')

with st.spinner 这部分代码块让我们可以在加载分类模型时给用户一个进度提示。

接下来我们可以复制之前写的预处理函数：

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import re

allowed_chars = ' AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOoPpQqRrSsTtUuVvWwXxYyZz0123456789~`!@#$%^&*()-=_+[]{}|;:",./<>?'
punct = '!?,.@#'
maxlen = 280

def preprocess(text):
    return ''.join([' ' + char + ' ' if char in punct else char for char in [char for char in re.sub(r'http\S+', 'http', text, flags=re.MULTILINE) if char in allowed_chars]])[:maxlen]

我们首先实现单个tweet微博的分类：

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st.subheader('Single tweet classification')

tweet_input = st.text_input('Tweet:')

只要输入文本不是空的，我们就进行如下处理：

预处理tweet微博
进行预测
显式预测结果

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if tweet_input != '':
    # Pre-process tweet
    sentence = Sentence(preprocess(tweet_input))

    # Make predictions
    with st.spinner('Predicting...'):
        classifier.predict(sentence)

    # Show predictions
    label_dict = {'0': 'Negative', '4': 'Positive'}

    if len(sentence.labels) > 0:
        st.write('Prediction:')
        st.write(label_dict[sentence.labels[0].value] + ' with ',
                sentence.labels[0].score*100, '% confidence')

使用st.write可以写入任何文本，甚至可以直接显式Pandas数据帧。

好了，现在可以运行：

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streamlit run main.py

结果看起来是这样：

接下来我们可以实现之前的想法了：搜索某个主题的twitter微博并计算情感正负比。

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st.subheader('Search Twitter for Query')

# Get user input
query = st.text_input('Query:', '#')

# As long as the query is valid (not empty or equal to '#')...
if query != '' and query != '#':
    with st.spinner(f'Searching for and analyzing {query}...'):
        # Get English tweets from the past 4 weeks
        tweets = query_tweets(query, begindate=dt.date.today() - dt.timedelta(weeks=4), lang='en')

        # Initialize empty dataframe
        tweet_data = pd.DataFrame({
            'tweet': [],
            'predicted-sentiment': []
        })

        # Keep track of positive vs. negative tweets
        pos_vs_neg = {'0': 0, '4': 0}

        # Add data for each tweet
        for tweet in tweets:
            # Skip iteration if tweet is empty
            if tweet.text in ('', ' '):
                continue
            # Make predictions
            sentence = Sentence(preprocess(tweet.text))
            classifier.predict(sentence)
            sentiment = sentence.labels[0]
            # Keep track of positive vs. negative tweets
            pos_vs_neg[sentiment.value] += 1
            # Append new data
            tweet_data = tweet_data.append({'tweet': tweet.text, 'predicted-sentiment': sentiment}, ignore_index=True)

最后，我们显示采集的数据：

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try:
    st.write(tweet_data)
    # Show positive to negative tweet ratio
    try:
        st.write('Positive to negative tweet ratio:', pos_vs_neg['4']/pos_vs_neg['0'])
    except ZeroDivisionError: # if no negative tweets
        st.write('All postive tweets')
except NameError: # if no queries have been made yet
    pass

再次运行应用，结果如下：

下面我们完整的streamlit应用脚本：

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import datetime as dt
import re

import pandas as pd
import streamlit as st
from flair.data import Sentence
from flair.models import TextClassifier
from twitterscraper import query_tweets

# Set page title
st.title('Twitter Sentiment Analysis')

# Load classification model
with st.spinner('Loading classification model...'):
    classifier = TextClassifier.load('models/best-model.pt')

# Preprocess function
allowed_chars = ' AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOoPpQqRrSsTtUuVvWwXxYyZz0123456789~`!@#$%^&*()-=_+[]{}|;:",./<>?'
punct = '!?,.@#'
maxlen = 280

def preprocess(text):
    # Delete URLs, cut to maxlen, space out punction with spaces, and remove unallowed chars
    return ''.join([' ' + char + ' ' if char in punct else char for char in [char for char in re.sub(r'http\S+', 'http', text, flags=re.MULTILINE) if char in allowed_chars]])

### SINGLE TWEET CLASSIFICATION ###
st.subheader('Single tweet classification')

# Get sentence input, preprocess it, and convert to flair.data.Sentence format
tweet_input = st.text_input('Tweet:')

if tweet_input != '':
    # Pre-process tweet
    sentence = Sentence(preprocess(tweet_input))

    # Make predictions
    with st.spinner('Predicting...'):
        classifier.predict(sentence)

    # Show predictions
    label_dict = {'0': 'Negative', '4': 'Positive'}

    if len(sentence.labels) > 0:
        st.write('Prediction:')
        st.write(label_dict[sentence.labels[0].value] + ' with ',
                sentence.labels[0].score*100, '% confidence')

### TWEET SEARCH AND CLASSIFY ###
st.subheader('Search Twitter for Query')

# Get user input
query = st.text_input('Query:', '#')

# As long as the query is valid (not empty or equal to '#')...
if query != '' and query != '#':
    with st.spinner(f'Searching for and analyzing {query}...'):
        # Get English tweets from the past 4 weeks
        tweets = query_tweets(query, begindate=dt.date.today() - dt.timedelta(weeks=4), lang='en')

        # Initialize empty dataframe
        tweet_data = pd.DataFrame({
            'tweet': [],
            'predicted-sentiment': []
        })

        # Keep track of positive vs. negative tweets
        pos_vs_neg = {'0': 0, '4': 0}

        # Add data for each tweet
        for tweet in tweets:
            # Skip iteration if tweet is empty
            if tweet.text in ('', ' '):
                continue
            # Make predictions
            sentence = Sentence(preprocess(tweet.text))
            classifier.predict(sentence)
            sentiment = sentence.labels[0]
            # Keep track of positive vs. negative tweets
            pos_vs_neg[sentiment.value] += 1
            # Append new data
            tweet_data = tweet_data.append({'tweet': tweet.text, 'predicted-sentiment': sentiment}, ignore_index=True)

# Show query data and sentiment if available
try:
    st.write(tweet_data)
    try:
        st.write('Positive to negative tweet ratio:', pos_vs_neg['4']/pos_vs_neg['0'])
    except ZeroDivisionError: # if no negative tweets
        st.write('All postive tweets')
except NameError: # if no queries have been made yet
    pass

Reference

1、 https://yq.aliyun.com/articles/743284
2、 Streamlit开发手册 http://cw.hubwiz.com/card/c/streamlit-manual/
3、 https://medium.com/analytics-vidhya/building-a-twitter-sentiment-analysis-app-using-streamlit-d16e9f5591f8
4、 https://discuss.streamlit.io/t/remove-made-with-streamlit-from-bottom-of-app/1370
5、 https://www.streamlit.io/

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1、情感分类

2、Flair开发库

3、Sentiment140数据集

4、数据载入及预处理

5、基于Flair的文本情感分类实现

6、抓取twitter微博

7、编写Streamlit脚本

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