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Springboot 整合 Java DL4J 打造文本摘要生成系統(tǒng)

 更新時間:2024年11月11日 11:31:44   作者:月下獨(dú)碼  
本文介紹了如何使用SpringBoot整合JavaDeeplearning4j構(gòu)建文本摘要生成系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠自動從長篇文本中提取關(guān)鍵信息,生成簡潔的摘要,幫助用戶快速了解文本的主要內(nèi)容,技術(shù)實(shí)現(xiàn)包括使用LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型構(gòu)建和訓(xùn)練,并通過SpringBoot集成RESTfulAPI接口

一、引言

在信息爆炸的時代,大量的文本數(shù)據(jù)充斥著我們的生活。無論是新聞報道、學(xué)術(shù)論文還是各類文檔,閱讀和理解這些長篇文本都需要耗費(fèi)大量的時間和精力。為了解決這個問題,文本摘要生成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文將介紹如何使用 Spring Boot 整合 Java Deeplearning4j 來構(gòu)建一個文本摘要生成系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠自動從長篇文本中提取關(guān)鍵信息,生成簡潔的摘要,幫助用戶快速了解文本的主要內(nèi)容。

文本摘要生成技術(shù)在自然語言處理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。它可以幫助用戶節(jié)省時間,提高信息獲取的效率。同時,對于新聞媒體、學(xué)術(shù)研究等領(lǐng)域,文本摘要生成系統(tǒng)也可以提高工作效率,減少人工摘要的工作量。

二、技術(shù)概述

2.1 Spring Boot

Spring Boot 是一個用于快速構(gòu)建獨(dú)立、生產(chǎn)級別的 Spring 應(yīng)用程序的框架。它簡化了 Spring 應(yīng)用程序的開發(fā)過程,提供了自動配置、起步依賴和嵌入式服務(wù)器等功能,使得開發(fā)人員能夠更加專注于業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。

2.2 Java Deeplearning4j

Java Deeplearning4j(DL4J)是一個基于 Java 的深度學(xué)習(xí)庫,它支持多種深度學(xué)習(xí)算法,包括卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)、**循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)長短時記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)**等。在本項(xiàng)目中,我們將使用 DL4J 來構(gòu)建文本摘要生成模型。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇

在文本摘要生成任務(wù)中,循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)長短時記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM) 是常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。RNN 能夠處理序列數(shù)據(jù),對于文本這種具有序列特性的數(shù)據(jù)具有較好的適應(yīng)性。LSTM 是一種特殊的 RNN,它能夠解決傳統(tǒng) RNN 存在的長期依賴問題,更好地捕捉文本中的長期依賴關(guān)系。因此,我們選擇 LSTM 作為文本摘要生成模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

2.4 LSTM(長短期記憶網(wǎng)絡(luò))結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和選擇理由

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
LSTM是RNN的一種變體,它主要是為了解決RNN中的長期依賴問題而提出的。在LSTM中,引入了門控機(jī)制,包括輸入門遺忘門輸出門遺忘門決定了從細(xì)胞狀態(tài)中丟棄哪些信息,輸入門決定了哪些新的信息可以被添加到細(xì)胞狀態(tài)中,輸出門則決定了細(xì)胞狀態(tài)中的哪些信息可以被輸出。這些門控機(jī)制使得LSTM能夠更好地控制信息的流動,從而能夠有效地處理較長的序列數(shù)據(jù)。

選擇理由
在語音識別中,語音信號的時長可能會比較長,存在著較長時間范圍內(nèi)的依賴關(guān)系。例如,一個單詞的發(fā)音可能會受到前后單詞發(fā)音的影響。LSTM的門控機(jī)制能夠很好地捕捉這種長期依賴關(guān)系,提高語音識別的準(zhǔn)確率。

三、數(shù)據(jù)集格式

3.1 數(shù)據(jù)集來源

我們可以使用公開的文本摘要數(shù)據(jù)集,如 CNN/Daily Mail 數(shù)據(jù)集、New York Times Annotated Corpus 等。這些數(shù)據(jù)集包含了大量的新聞文章和對應(yīng)的摘要,可以用于訓(xùn)練和評估文本摘要生成模型。

3.2 數(shù)據(jù)集格式

數(shù)據(jù)集通常以文本文件的形式存儲,每個文件包含一篇新聞文章和對應(yīng)的摘要。文章和摘要之間可以用特定的分隔符進(jìn)行分隔,例如“=========”。以下是一個數(shù)據(jù)集文件的示例:

This is a news article. It contains a lot of information.
=========
This is the summary of the news article.

3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在使用數(shù)據(jù)集之前,我們需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的步驟包括文本清洗、分詞、詞向量化等。文本清洗可以去除文本中的噪聲和無用信息,例如 HTML 標(biāo)簽、特殊字符等。分詞是將文本分割成一個個單詞或詞組,以便于后續(xù)的處理。詞向量化是將單詞或詞組轉(zhuǎn)換為向量表示,以便于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理。

四、技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1 Maven 依賴

在項(xiàng)目中,我們需要添加以下 Maven 依賴:

<dependency>
    <groupId>org.deeplearning4j</groupId>
    <artifactId>deeplearning4j-core</artifactId>
    <version>1.0.0-beta7</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.deeplearning4j</groupId>
    <artifactId>deeplearning4j-nlp</artifactId>
    <version>1.0.0-beta7</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

4.2 構(gòu)建模型

我們可以使用 DL4J 的RecurrentNetwork類來構(gòu)建 LSTM 模型。以下是一個構(gòu)建 LSTM 模型的示例代碼:

import org.deeplearning4j.nn.api.OptimizationAlgorithm;
import org.deeplearning4j.nn.conf.MultiLayerConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.NeuralNetConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.LSTM;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.RnnOutputLayer;
import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.deeplearning4j.nn.weights.WeightInit;
import org.nd4j.linalg.activations.Activation;
import org.nd4j.linalg.api.ndarray.INDArray;
import org.nd4j.linalg.factory.Nd4j;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.LossFunctions;
public class TextSummarizer {
    private MultiLayerNetwork model;
    public TextSummarizer(int inputSize, int hiddenSize, int outputSize) {
        // 構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)配置
        MultiLayerConfiguration conf = new NeuralNetConfiguration.Builder()
               .optimizationAlgo(OptimizationAlgorithm.STOCHASTIC_GRADIENT_DESCENT)
               .updater(new org.deeplearning4j.nn.weights.WeightInit.Xavier())
               .list()
               .layer(0, new LSTM.Builder().nIn(inputSize).nOut(hiddenSize).activation(Activation.TANH).build())
               .layer(1, new RnnOutputLayer.Builder(LossFunctions.LossFunction.MSE)
                       .activation(Activation.SOFTMAX).nIn(hiddenSize).nOut(outputSize).build())
               .pretrain(false).backprop(true).build();
        // 創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        model = new MultiLayerNetwork(conf);
        model.init();
    }
    public INDArray predict(INDArray input) {
        return model.output(input);
    }
}

在上述代碼中,我們首先構(gòu)建了一個MultiLayerConfiguration對象,用于配置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。然后,我們使用MultiLayerNetwork類創(chuàng)建了一個 LSTM 模型,并使用init方法初始化模型的參數(shù)。最后,我們實(shí)現(xiàn)了一個predict方法,用于對輸入的文本進(jìn)行預(yù)測,生成摘要。

4.3 訓(xùn)練模型

在構(gòu)建好模型之后,我們需要使用數(shù)據(jù)集對模型進(jìn)行訓(xùn)練。以下是一個訓(xùn)練模型的示例代碼:

import org.deeplearning4j.datasets.iterator.impl.ListDataSetIterator;
import org.deeplearning4j.nn.api.OptimizationAlgorithm;
import org.deeplearning4j.nn.conf.MultiLayerConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.NeuralNetConfiguration;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.LSTM;
import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.RnnOutputLayer;
import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.deeplearning4j.nn.weights.WeightInit;
import org.nd4j.linalg.activations.Activation;
import org.nd4j.linalg.api.ndarray.INDArray;
import org.nd4j.linalg.dataset.DataSet;
import org.nd4j.linalg.factory.Nd4j;
import org.nd4j.linalg.lossfunctions.LossFunctions;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class TextSummarizerTrainer {
    private TextSummarizer summarizer;
    public TextSummarizerTrainer(int inputSize, int hiddenSize, int outputSize) {
        summarizer = new TextSummarizer(inputSize, hiddenSize, outputSize);
    }
    public void train(List<String> articles, List<String> summaries) {
        // 數(shù)據(jù)預(yù)處理
        List<INDArray> inputs = new ArrayList<>();
        List<INDArray> targets = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < articles.size(); i++) {
            String article = articles.get(i);
            String summary = summaries.get(i);
            INDArray input = preprocess(article);
            INDArray target = preprocess(summary);
            inputs.add(input);
            targets.add(target);
        }
        // 創(chuàng)建數(shù)據(jù)集迭代器
        ListDataSetIterator iterator = new ListDataSetIterator(inputs, targets);
        // 訓(xùn)練模型
        for (int epoch = 0; epoch < 100; epoch++) {
            summarizer.model.fit(iterator);
            System.out.println("Epoch " + epoch + " completed.");
        }
    }
    private INDArray preprocess(String text) {
        // 文本預(yù)處理邏輯,例如分詞、詞向量化等
        return null;
    }
}

在上述代碼中,我們首先創(chuàng)建了一個TextSummarizerTrainer類,用于訓(xùn)練文本摘要生成模型。在train方法中,我們首先對輸入的文章和摘要進(jìn)行預(yù)處理,將其轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以處理的向量表示。然后,我們創(chuàng)建了一個ListDataSetIterator對象,用于迭代數(shù)據(jù)集。最后,我們使用fit方法對模型進(jìn)行訓(xùn)練,迭代 100 次。

4.4 Spring Boot 集成

為了將文本摘要生成模型集成到 Spring Boot 應(yīng)用程序中,我們可以創(chuàng)建一個 RESTful API,用于接收用戶輸入的文章,并返回生成的摘要。以下是一個 Spring Boot 控制器的示例代碼:

import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.nd4j.linalg.api.ndarray.INDArray;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class TextSummarizerController {
    private MultiLayerNetwork model;
    @Autowired
    public TextSummarizerController(MultiLayerNetwork model) {
        this.model = model;
    }
    @PostMapping("/summarize")
    public String summarize(@RequestBody String article) {
        // 數(shù)據(jù)預(yù)處理
        INDArray input = preprocess(article);
        // 預(yù)測摘要
        INDArray output = model.output(input);
        // 后處理,將向量轉(zhuǎn)換為文本摘要
        return postprocess(output);
    }
    private INDArray preprocess(String text) {
        // 文本預(yù)處理邏輯,例如分詞、詞向量化等
        return null;
    }
    private String postprocess(INDArray output) {
        // 后處理邏輯,將向量轉(zhuǎn)換為文本摘要
        return null;
    }
}

在上述代碼中,我們創(chuàng)建了一個TextSummarizerController類,用于處理用戶的請求。在summarize方法中,我們首先對用戶輸入的文章進(jìn)行預(yù)處理,將其轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以處理的向量表示。然后,我們使用模型對輸入進(jìn)行預(yù)測,生成摘要向量。最后,我們對摘要向量進(jìn)行后處理,將其轉(zhuǎn)換為文本摘要,并返回給用戶。

五、單元測試

為了確保文本摘要生成系統(tǒng)的正確性,我們可以編寫單元測試來測試模型的訓(xùn)練和預(yù)測功能。以下是一個單元測試的示例代碼:

import org.deeplearning4j.nn.multilayer.MultiLayerNetwork;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.nd4j.linalg.api.ndarray.INDArray;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
@SpringBootTest
class TextSummarizerControllerTest {
    @Autowired
    private MultiLayerNetwork model;
    private List<String> articles;
    private List<String> summaries;
    @BeforeEach
    void setUp() {
        articles = new ArrayList<>();
        summaries = new ArrayList<>();
        articles.add("This is a news article. It contains a lot of information.");
        summaries.add("This is the summary of the news article.");
    }
    @Test
    void testSummarize() {
        String article = articles.get(0);
        String expectedSummary = summaries.get(0);
        // 數(shù)據(jù)預(yù)處理
        INDArray input = preprocess(article);
        // 預(yù)測摘要
        INDArray output = model.output(input);
        // 后處理,將向量轉(zhuǎn)換為文本摘要
        String actualSummary = postprocess(output);
        assertEquals(expectedSummary, actualSummary);
    }
    private INDArray preprocess(String text) {
        // 文本預(yù)處理邏輯,例如分詞、詞向量化等
        return null;
    }
    private String postprocess(INDArray output) {
        // 后處理邏輯,將向量轉(zhuǎn)換為文本摘要
        return null;
    }
}

在上述代碼中,我們首先創(chuàng)建了一個TextSummarizerControllerTest類,用于測試文本摘要生成系統(tǒng)的功能。在setUp方法中,我們初始化了一些測試數(shù)據(jù),包括文章和對應(yīng)的摘要。在testSummarize方法中,我們首先對測試文章進(jìn)行預(yù)處理,將其轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以處理的向量表示。然后,我們使用模型對輸入進(jìn)行預(yù)測,生成摘要向量。最后,我們對摘要向量進(jìn)行后處理,將其轉(zhuǎn)換為文本摘要,并與預(yù)期的摘要進(jìn)行比較。

六、預(yù)期輸出

當(dāng)我們運(yùn)行文本摘要生成系統(tǒng)時,我們可以期望以下輸出:

訓(xùn)練過程中,系統(tǒng)會輸出每個 epoch 的訓(xùn)練進(jìn)度和損失值。例如:

Epoch 0 completed. Loss: 0.5
Epoch 1 completed. Loss: 0.4
...
Epoch 99 completed. Loss: 0.1

當(dāng)我們向系統(tǒng)發(fā)送一篇文章時,系統(tǒng)會返回生成的摘要。例如:

{
    "article": "This is a news article. It contains a lot of information.",
    "summary": "This is the summary of the news article."
}

七、參考資料文獻(xiàn)

到此這篇關(guān)于Springboot 整合 Java DL4J 打造文本摘要生成系統(tǒng)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Springboot 整合 Java DL4J 文本摘要生成系統(tǒng)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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