1. AI技术聚合首页
  2. Python

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

青葱年少 • • Python • 阅读 92

前言

信息时代的高速发展让我们得以使用手机、电脑等设备轻松从网络上获取信息。但是，这似乎也是一把双刃剑，我们在获取到众多信息的同时，又可能没有太多时间去一一阅读它们，以至于“收藏从未停止，学习从未开始”的现象屡见不鲜。

这篇文章估计以后也会在收藏夹里面吃灰吧！

为了能够高效地处理巨大的文档信息，我在学习的过程中，接触到了 LDA 主题提取这个方法。经过学习，发现它特别有意思，它的主要功能是

能将众多文档进行主题分类，同时展示出主题词

当我发现这个功能之后，我便开始奇思妙想了，譬如我可以根据它的这个功能实现几个好玩的东西

  1. 分析写作平台上面的大 v 的文章，对其发表的作品进行主题抽取和可视化，从而找到平台上比较热门的主题或者说比较容易火的主题，从而对自己的写作产生一定的指导意义。
  2. 人工选出包含垃圾广告类的大量文章，然后训练 LDA 模型，抽取出它的主题，之后使用训练好的 LDA 模型去对自己收藏的大量文章进行主题概率分布预测，从而把包含大量垃圾和广告类的文章去掉，当然也可以抽取出自己最感兴趣的主题。

以上两点是个人根据需求出发，产生的想法，当然这两个想法经过我的初步验证，确实是有一定的实现可能性。

在这篇文章中，我将一步步教你怎么基于 Python，使用 LDA 对文档主题进行抽取和可视化，为了让你有兴趣地读下去，我先附上可视化的效果吧

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

上图是我对知乎的一个百万粉大 V 的 218 个回答做 LDA 主题抽取并可视化的结果，可以看到她回答的主题非常地集中。

如果看了可视化效果之后，你感兴趣，那么就可以开始往下阅读了，当然你很赶时间的话，可以不用去阅读我是怎么一步步实现这个过程的，文末会给你附上完整的，可运行的代码。 ​

开始之前

  1. Python版本要求
Python 3.7 及以上

2. 需要安装的库

tqdm
requests
retry
jieba
multitasking
pandas
pyLDAvis
bs4
sklearn
numpy
openpyxl
xlrd

库的安装方法是：打开 cmd（命令提示符或者其他终端工具），输入以下代码

pip install tqdm requests multitasking retry bs4 pandas pyLDAvis sklearn numpy jieba xlrd openpyxl

输入完毕，按 Enter 键执行代码，等待 successfully 出现即可

预备知识

文本转向量

计算机是无法直接理解我们平常使用的文本的，它只能与数字打交道。为了能顺利让它可以理解我们提供的文本，我们需要对自己的文本进行一系列的转换，例如给文本里面的词进行标号，从而形成数字和词的映射。

LDA 主题抽取是基于统计学来实现的，为此我们可以考虑，给文档的词进行标号，同时统计其所对应的词频，依次构造一个二维的词频矩阵。这么说来其实是不够形象的。不过没关系，我将以下面的一个例子带你理解这一过程具体是什么。

假设有这么几段文本

今天 天气 很好 啊
天气 确实 很好

我们可以发现，这两段文本中有一下几个词（不考虑单个字）

今天
天气
确实
很好

如果我们分别统计每个词在每一个文档中的词频，那么我们可以将这些数据制成这样子的表格

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

这个怎么解释呢？请看上面的表格的第 2 行，如果用 Python 里面列表来表示，那么它是这样子的

[1,1,1,0]

它对应的是

今天 天气 很好 啊

这么一句话。当然这样子会不可避免地丢失一些跟序列相关的信息，但在单篇文档内容足够丰富的情况下，丢失这些信息还是 OK 的。

那么我们该怎么构造这么一个表格来数字化地描述每一篇文档呢？

这这里不得不引入 sklearn 给我们提供的好工具，下面上代码给你们展示一下

from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
import pandas as pd
# 多个文档构成的列表
documnets = ['今天 天气 很好 啊','今天 天气 确实 很好']
count_vectorizer = CountVectorizer()
# 构造词频矩阵
cv = count_vectorizer.fit_transform(documnets)
# 获取特征词
feature_names = count_vectorizer.get_feature_names()
# 词频矩阵
matrix = cv.toarray()
df = pd.DataFrame(matrix,columns=feature_names)
print(df)

代码运行输出

今天  天气  很好  确实
0   1   1   1   0
1   1   1   1   1

注意，这每一行有 5 个数字，但后面的 4 个才是词频，第一个数字是文档的标号（从 0 开始）

如果你在 jupyter 里面运行，那么它会是这样子的

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

上面仅仅依靠词频来构造矩阵，这样子显然是不合理的，因为一些常用词的频率肯定很高，但它却无法反映出一个词的重要性。

为此我们引入了 TF-IDF 来构造更能描述词语重要性的词频矩阵，TF-IDF 的具体原理本文就不介绍了。

TF-IDF 构造词频矩阵的 Python 实现代码如下

from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
import pandas as pd
# 多个文档构成的列表
documnets = ['今天 天气 很好 啊','今天 天气 确实 很好']
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
# 构造词频矩阵
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(documnets)
# 获取特征词
feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
# 词频矩阵
matrix = tf_idf.toarray()
df = pd.DataFrame(matrix,columns=feature_names)

代码运行输出

今天        天气        很好        确实
0  0.577350  0.577350  0.577350  0.000000
1  0.448321  0.448321  0.448321  0.630099

如果你在 jupyter 里面运行，得到的结果应该是这样子的

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

文本分词

如果你自己观察我之前贴出的两短文本，你会发现那些文本中的词是之间总有一个空格。 ​

但是对于中文文档而言，你指望它的词之间是用空格来分隔的就几乎不可能。 ​

那么我为什么提供那样子的文本呢？ 因为 sklearn 的词频矩阵构造器默认将文档识别为英文模式。如果你学过英语，不难发现单词之间通常是用空格来分开的。

可是我们的原始中文文档是无法做到这样子的。为此我们需要对中文文档事先进行分词，然后用空格把这些词拼接起来，最终形成英文那样子的句子。

说到分词，我们可以考虑比较有名的中文分词工具，比如我们要对下面这么一句话进行分词

今天的天气很不错

分词的 Python 示例代码如下

import jieba
# 待分词的句子
sentence = '今天的天气很不错'
# 对句子分词，返回词组成的字符串列表
words = jieba.lcut(sentence)
# 输出词列表
print(words)
# 用空格拼接词并输出
print(" ".join(words))

代码运行输出如下

['今天', '的', '天气', '很', '不错']
今天 的 天气 很 不错

可以看到，我们很好地实现了中文句子转英文格式句子的功能！

当然，文档里面通常是有较多标点符号的，这些对我们来说意义不是很大，所以我们在进行分词之前，可以先把这些符号统一替换为空格。这一过程我就先不演示了。 ​

后面的代码中会有这一过程的实现（主要原理是利用正则表达式的替换功能） ​

基于 TF- IDF 的 LDA 主题提取

在做主题抽取之前，我们显然是需要先准备一定量的文档的。上一篇文章中，我写了一个程序来获取知乎答主的回答文本数据，如果你用 excel 打开，会发现它长这样子（csv 文件）

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

为了让你能更好地获取它，我再次附上它的下载链接，你只需要用电脑浏览器打开它即可开始下载（如果没有自动下载，则可以按电脑快捷键 ctrl s 来进行下载，记得，最好把下载的文件放在代码同级目录！） ​

纯文本链接

https://raw.staticdn.net/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv

可点击链接

https://raw.staticdn.net/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv​raw.staticdn.net/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv

因为它是一个 csv 文件，而我们使用的编程语言是 Python，因此我们可以考虑使用 pandas 这个库来操作它 读取它的 Python实例代码如下

import pandas as pd
import os
# 下面的 url 是 csv 文件的远程链接，如果你缺失这个文件，则需要用浏览器打开这个链接
# 下载它，然后放到代码运行命令，且文件名应与下面的 csv_path 一致
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'
csv_path = 'answers.csv'
if not os.path.exists(csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = pd.read_csv(csv_path)
print(list(df.columns))

运行输出如下

['作者名称', '作者ID', '作者token', '回答点赞数', '回答时间', '更新时间', '回答ID', '问题ID', '问题内容', '回答内容']

我输出的是列名。 ​

如果你使用的是 jupyter，那么看到的应该是这样子的（我选查看了上面的两个列）

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

这个 csv 文件中有很多列，当然我们主要关注的是 回答内容 这一列，它就是我们所选取的文档集合。 对于这一文档，我们将进行下面几个操作 ​

删除空值、重复值、去除无意义标点符号、分词并拼接为英文句子格式。

具体 Python 代码如下

import pandas as pd
import os
import re
import jieba
# 下面的 url 是 csv 文件的远程链接，如果你缺失这个文件，则需要用浏览器打开这个链接
# 下载它，然后放到代码运行命令，且文件名应与下面的 csv_path 一致
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'
# 本地 csv 文档路径
csv_path = 'answers.csv'
# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'

if not os.path.exists(csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = pd.read_csv(
    csv_path,
    encoding='utf-8-sig')
df = df.drop_duplicates()
df = df.dropna()
df = df.rename(columns={
    document_column_name: 'text'
})
df['cut'] = df['text'].apply(lambda x: str(x))
df['cut'] = df['cut'].apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
df['cut'] = df['cut'].apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
print(df['cut'])

当然，这么几个操作可能有些长，那么如果你喜欢高逼格的话，我也可以给你提供下面的逼格更高的代码

import pandas as pd
import os
import re
import jieba
# 下面的 url 是 csv 文件的远程链接，如果你缺失这个文件，则需要用浏览器打开这个链接
# 下载它，然后放到代码运行命令，且文件名应与下面的 csv_path 一致
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'
# 本地 csv 文档路径
csv_path = 'answers.csv'
# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'

if not os.path.exists(csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = (
    pd.read_csv(
        csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
)
print(df['cut'])

运行之后，我们将给原来的表格中添加一列处理好后的文本。 ​

接下来，我们将基于这一处理好后的文档，用前面写的知识来构造 TF-IDF 矩阵。 Python 示例代码如下(关键是最后那几行)

import pandas as pd
import os
import re
import jieba
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
# 下面的 url 是 csv 文件的远程链接，如果你缺失这个文件，则需要用浏览器打开这个链接
# 下载它，然后放到代码运行命令，且文件名应与下面的 csv_path 一致
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'
# 本地 csv 文档路径
csv_path = 'answers.csv'
# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'

if not os.path.exists(csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = (
    pd.read_csv(
        csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
)


# 构造 TF-IDF
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(df['cut'])

为了看的更直观，我也将这个矩阵转为表格，示例代码如下

import pandas as pd
import os
import re
import jieba
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
# 下面的 url 是 csv 文件的远程链接，如果你缺失这个文件，则需要用浏览器打开这个链接
# 下载它，然后放到代码运行命令，且文件名应与下面的 csv_path 一致
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'
# 本地 csv 文档路径
csv_path = 'answers.csv'
# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'

if not os.path.exists(csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = (
    pd.read_csv(
        csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
)
# 构造 TF-IDF
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(df['cut'])
# 特征词列表
feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
# 特征词 TF-IDF 矩阵
matrix = tf_idf.toarray()
feature_names_df = pd.DataFrame(matrix,columns=feature_names)
print(feature_names_df)
feature_names_df

在 Jupyter 里面运行的话，会是这样子的(截取了部分代码) ​

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

那么，有了这么一个矩阵之后，我们该怎么把它喂给 LDA 来吃呢？

噢，我们还没有 LDA 呢，所以我们得先把它造出来，当然我们可以直接使用 sklearn 给我们提供好的 LDA 模型，Python 示例代码如下

from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation
# 指定 lda 主题数
n_topics = 5
lda = LatentDirichletAllocation(
    n_components=n_topics, max_iter=50,
    learning_method='online',
    learning_offset=50.,
    random_state=0)
print(lda)

输出如下

LatentDirichletAllocation(learning_method='online', learning_offset=50.0,
                          max_iter=50, n_components=5, random_state=0)

嗯，是个看不懂的东西，不过问题不大。 ​

构造它之后，我们得给它喂东西，这样子它才能有产出，给他喂东西的 Python 示例代码如下(核心代码是最后一句)

from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation
import pandas as pd
import os
import re
import jieba
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
# 下面的 url 是 csv 文件的远程链接，如果你缺失这个文件，则需要用浏览器打开这个链接
# 下载它，然后放到代码运行命令，且文件名应与下面的 csv_path 一致
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'
# 本地 csv 文档路径
csv_path = 'answers.csv'
# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'

if not os.path.exists(csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = (
    pd.read_csv(
        csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
)
# 构造 TF-IDF
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(df['cut'])
# 特征词列表
feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
# 特征词 TF-IDF 矩阵
matrix = tf_idf.toarray()
# 指定 lda 主题数
n_topics = 5
lda = LatentDirichletAllocation(
    n_components=n_topics, max_iter=50,
    learning_method='online',
    learning_offset=50.,
    random_state=0)
# 核心，给 LDA 喂生成的 TF-IDF 矩阵
lda.fit(tf_idf)

那么，这样子之后我们可以得到什么产出呢？ ​

当然，产出是多种的，我们只关注下面两个产出

每一个主题的前n个主题词是什么 每一个文档属于每一个主题的概率是多大

为了更好描述这两个产出，我将定义两个函数来对其进行处理，使其变成 pandas 的 DataFrame，以便后续处理。 ​

Python 示例代码如下

import numpy as np
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation
import pandas as pd


def top_words_data_frame(model: LatentDirichletAllocation,
                         tf_idf_vectorizer: TfidfVectorizer,
                         n_top_words: int) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出每个主题的前 n_top_words 个词

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    tf_idf_vectorizer : sklearn 的 TfidfVectorizer
    n_top_words :前 n_top_words 个主题词

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    rows = []
    feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
    for topic in model.components_:
        top_words = [feature_names[i]
                     for i in topic.argsort()[:-n_top_words - 1:-1]]
        rows.append(top_words)
    columns = [f'topic {i+1}' for i in range(n_top_words)]
    df = pd.DataFrame(rows, columns=columns)

    return df


def predict_to_data_frame(model: LatentDirichletAllocation, X: np.ndarray) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出文档主题概率分布情况

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    X : 词向量矩阵

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    # 求出给定文档的主题概率分布矩阵
    matrix = model.transform(X)
    columns = [f'P(topic {i+1})' for i in range(len(model.components_))]
    df = pd.DataFrame(matrix, columns=columns)
    return df

当然，直接看以上的代码你是很难知道它在干什么的。为了让你能更好地理解这是在干嘛，我给你附上 sklearn 的官方文档链接吧 https://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.decomposition.LatentDirichletAllocation.html 如果看不懂英文，可以用浏览器翻译一下 ​

同时这也有截图

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

有了上面的解释，你或许更容易理解函数为什么那样子写了。当然你还是不理解也没关系、理解它确实需要一定的Python 知识积累，跳过这一部分，仍然不会阻碍你使用 LDA 进行主题抽取的目标。

下面我将综合以上步骤，向你展示使用 LDA 进行主题抽取，并生成 文档主题概率分布以及主题词分布 csv 文件的 Python代码。

针对指定文件的 LDA 主题提取的完整代码（无可视化）

import numpy as np
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation
import pandas as pd
import jieba
import re
import os


# 本地 csv 文件，可以是本地文件，也可以是远程文件
source_csv_path = 'answers.csv'
# 文本 csv 文件里面文本所处的列名,注意这里一定要填对，要不然会报错的！
document_column_name = '回答内容'
# 输出主题词的文件路径
top_words_csv_path = 'top-topic-words.csv'
# 输出各文档所属主题的文件路径
predict_topic_csv_path = 'document-distribution.csv'
# 可视化 html 文件路径
html_path = 'document-lda-visualization.html'
# 选定的主题数
n_topics = 5
# 要输出的每个主题的前 n_top_words 个主题词数
n_top_words = 20
# 去除无意义字符的正则表达式
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'

# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'



def top_words_data_frame(model: LatentDirichletAllocation,
                         tf_idf_vectorizer: TfidfVectorizer,
                         n_top_words: int) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出每个主题的前 n_top_words 个词

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    tf_idf_vectorizer : sklearn 的 TfidfVectorizer
    n_top_words :前 n_top_words 个主题词

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    rows = []
    feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
    for topic in model.components_:
        top_words = [feature_names[i]
                     for i in topic.argsort()[:-n_top_words - 1:-1]]
        rows.append(top_words)
    columns = [f'topic {i+1}' for i in range(n_top_words)]
    df = pd.DataFrame(rows, columns=columns)

    return df


def predict_to_data_frame(model: LatentDirichletAllocation, X: np.ndarray) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出文档主题概率分布情况

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    X : 词向量矩阵

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    matrix = model.transform(X)
    columns = [f'P(topic {i+1})' for i in range(len(model.components_))]
    df = pd.DataFrame(matrix, columns=columns)
    return df


if not os.path.exists(source_csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = (
    pd.read_csv(
        source_csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
)

# 构造 tf-idf
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(df['cut'])

lda = LatentDirichletAllocation(
    n_components=n_topics,
    max_iter=50,
    learning_method='online',
    learning_offset=50,
    random_state=0)

# 使用 tf_idf 语料训练 lda 模型
lda.fit(tf_idf)

# 计算 n_top_words 个主题词
top_words_df = top_words_data_frame(lda, tf_idf_vectorizer, n_top_words)

# 保存 n_top_words 个主题词到 csv 文件中
top_words_df.to_csv(top_words_csv_path, encoding='utf-8-sig', index=None)

# 转 tf_idf 为数组，以便后面使用它来对文本主题概率分布进行计算
X = tf_idf.toarray()

# 计算完毕主题概率分布情况
predict_df = predict_to_data_frame(lda, X)

# 保存文本主题概率分布到 csv 文件中
predict_df.to_csv(predict_topic_csv_path, encoding='utf-8-sig', index=None)

运行上面的代码，你将会得到两个新的 csv 文件，它们大概是这样子的

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

手把手教你使用 Python 做 LDA 主题提取和可视化

以上即完成 LDA 对中文文档进行主题抽取 ​

最开始的时候我们说到，本文的目标是要做 LDA 主题抽取以及可视化，昨天抽取我们已经成功地实现了，下面我们将使用 pyLDAvis 这个库来对我们抽取的主题进行动态可视化（跟前面的那张 gif 展示的那种动态效果一样）

具体实现代码有几行，我就不详细讲怎么写了，自己也是看文档来操作的，下面是最终的代码及注释，包含主题抽取和可视化

针对指定文件的 LDA 主题提取和可视化的完整代码

import pyLDAvis.sklearn
import pyLDAvis
import numpy as np
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation
import pandas as pd
import jieba
import re
import os


# 本地 csv 文件，可以是本地文件，也可以是远程文件
source_csv_path = 'answers.csv'
# 文本 csv 文件里面文本所处的列名,注意这里一定要填对，要不然会报错的！
document_column_name = '回答内容'
# 输出主题词的文件路径
top_words_csv_path = 'top-topic-words.csv'
# 输出各文档所属主题的文件路径
predict_topic_csv_path = 'document-distribution.csv'
# 可视化 html 文件路径
html_path = 'document-lda-visualization.html'
# 选定的主题数
n_topics = 5
# 要输出的每个主题的前 n_top_words 个主题词数
n_top_words = 20
# 去除无意义字符的正则表达式
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'
url = 'https://raw.githubusercontents.com/Micro-sheep/Share/main/zhihu/answers.csv'

# 待分词的 csv 文件中的列
document_column_name = '回答内容'
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'


def top_words_data_frame(model: LatentDirichletAllocation,
                         tf_idf_vectorizer: TfidfVectorizer,
                         n_top_words: int) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出每个主题的前 n_top_words 个词

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    tf_idf_vectorizer : sklearn 的 TfidfVectorizer
    n_top_words :前 n_top_words 个主题词

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    rows = []
    feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
    for topic in model.components_:
        top_words = [feature_names[i]
                     for i in topic.argsort()[:-n_top_words - 1:-1]]
        rows.append(top_words)
    columns = [f'topic {i+1}' for i in range(n_top_words)]
    df = pd.DataFrame(rows, columns=columns)

    return df


def predict_to_data_frame(model: LatentDirichletAllocation, X: np.ndarray) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出文档主题概率分布情况

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    X : 词向量矩阵

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    matrix = model.transform(X)
    columns = [f'P(topic word {i+1})' for i in range(len(model.components_))]
    df = pd.DataFrame(matrix, columns=columns)
    return df


if not os.path.exists(source_csv_path):
    print(f'请用浏览器打开 {url} 并下载该文件(如果没有自动下载，则可以在浏览器中按键盘快捷键 ctrl s 来启动下载)')
    os.exit()
df = (
    pd.read_csv(
        source_csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join(jieba.lcut(x)))
)

# 构造 tf-idf
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(df['cut'])

lda = LatentDirichletAllocation(
    n_components=n_topics,
    max_iter=50,
    learning_method='online',
    learning_offset=50,
    random_state=0)

# 使用 tf_idf 语料训练 lda 模型
lda.fit(tf_idf)

# 计算 n_top_words 个主题词
top_words_df = top_words_data_frame(lda, tf_idf_vectorizer, n_top_words)

# 保存 n_top_words 个主题词到 csv 文件中
top_words_df.to_csv(top_words_csv_path, encoding='utf-8-sig', index=None)

# 转 tf_idf 为数组，以便后面使用它来对文本主题概率分布进行计算
X = tf_idf.toarray()

# 计算完毕主题概率分布情况
predict_df = predict_to_data_frame(lda, X)

# 保存文本主题概率分布到 csv 文件中
predict_df.to_csv(predict_topic_csv_path, encoding='utf-8-sig', index=None)

# 使用 pyLDAvis 进行可视化
data = pyLDAvis.sklearn.prepare(lda, tf_idf, tf_idf_vectorizer)
pyLDAvis.save_html(data, html_path)
# 清屏
os.system('clear')
# 浏览器打开 html 文件以查看可视化结果
os.system(f'start {html_path}')

print('本次生成了文件：',
      top_words_csv_path,
      predict_topic_csv_path,
      html_path)

当然，如果你没有下载我前面说的那个 csv 文件，上面的代码会提前结束，你最好是翻到前面下载我说的 csv 文件。 ​

运行以上代码之后，会生成 2 个 csv 文件以及 1 个 html 文件，其中 html 会默认用浏览器自动打开，如果没有自动打开，则你需要自己用浏览器打开它以查看可视化效果！ ​

下面是本文的终极代码，也是全文中最通用的代码 ​

通用的 LDA 主题提取和可视化完整代码

import pyLDAvis.sklearn
import pyLDAvis
import numpy as np
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer
from sklearn.decomposition import LatentDirichletAllocation
import pandas as pd
import jieba
import re
import os

# 待做 LDA 的文本 csv 文件，可以是本地文件，也可以是远程文件，一定要保证它是存在的！！！！
source_csv_path = 'answers.csv'
# 文本 csv 文件里面文本所处的列名,注意这里一定要填对，要不然会报错的！！！
document_column_name = '回答内容'
# 输出主题词的文件路径
top_words_csv_path = 'top-topic-words.csv'
# 输出各文档所属主题的文件路径
predict_topic_csv_path = 'document-distribution.csv'
# 可视化 html 文件路径
html_path = 'document-lda-visualization.html'
# 选定的主题数
n_topics = 5
# 要输出的每个主题的前 n_top_words 个主题词数
n_top_words = 20
# 去除无意义字符的正则表达式
pattern = u'[\\s\\d,.<>/?:;\'\"[\\]{}()\\|~!\t"@#$%^&*\\-_=+a-zA-Z，。\n《》、？：；“”‘’｛｝【】（）…￥！—┄－]+'


def top_words_data_frame(model: LatentDirichletAllocation,
                         tf_idf_vectorizer: TfidfVectorizer,
                         n_top_words: int) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出每个主题的前 n_top_words 个词

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    tf_idf_vectorizer : sklearn 的 TfidfVectorizer
    n_top_words :前 n_top_words 个主题词

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    rows = []
    feature_names = tf_idf_vectorizer.get_feature_names()
    for topic in model.components_:
        top_words = [feature_names[i]
                     for i in topic.argsort()[:-n_top_words - 1:-1]]
        rows.append(top_words)
    columns = [f'topic word {i+1}' for i in range(n_top_words)]
    df = pd.DataFrame(rows, columns=columns)

    return df


def predict_to_data_frame(model: LatentDirichletAllocation, X: np.ndarray) -> pd.DataFrame:
    '''
    求出文档主题概率分布情况

    Parameters
    ----------
    model : sklearn 的 LatentDirichletAllocation 
    X : 词向量矩阵

    Return
    ------
    DataFrame: 包含主题词分布情况
    '''
    matrix = model.transform(X)
    columns = [f'P(topic {i+1})' for i in range(len(model.components_))]
    df = pd.DataFrame(matrix, columns=columns)
    return df


df = (
    pd.read_csv(
        source_csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))
# 设置停用词集合
stop_words_set = set(['你', '我'])
# 去重、去缺失、分词
df['cut'] = (
    df['text']
    .apply(lambda x: str(x))
    .apply(lambda x: re.sub(pattern, ' ', x))
    .apply(lambda x: " ".join([word for word in jieba.lcut(x) if word not in stop_words_set]))
)

# 构造 tf-idf
tf_idf_vectorizer = TfidfVectorizer()
tf_idf = tf_idf_vectorizer.fit_transform(df['cut'])

lda = LatentDirichletAllocation(
    n_components=n_topics,
    max_iter=50,
    learning_method='online',
    learning_offset=50,
    random_state=0)

# 使用 tf_idf 语料训练 lda 模型
lda.fit(tf_idf)

# 计算 n_top_words 个主题词
top_words_df = top_words_data_frame(lda, tf_idf_vectorizer, n_top_words)

# 保存 n_top_words 个主题词到 csv 文件中
top_words_df.to_csv(top_words_csv_path, encoding='utf-8-sig', index=None)

# 转 tf_idf 为数组，以便后面使用它来对文本主题概率分布进行计算
X = tf_idf.toarray()

# 计算完毕主题概率分布情况
predict_df = predict_to_data_frame(lda, X)

# 保存文本主题概率分布到 csv 文件中
predict_df.to_csv(predict_topic_csv_path, encoding='utf-8-sig', index=None)

# 使用 pyLDAvis 进行可视化
data = pyLDAvis.sklearn.prepare(lda, tf_idf, tf_idf_vectorizer)
pyLDAvis.save_html(data, html_path)
# 清屏
os.system('clear')
# 浏览器打开 html 文件以查看可视化结果
os.system(f'start {html_path}')

print('本次生成了文件：',
      top_words_csv_path,
      predict_topic_csv_path,
      html_path)

如果你要使用其他文件来进行 LDA 主题抽取和可视化，你需要关注上面代码的这一块

# 文本 csv 文件，可以是本地文件，也可以是远程文件
source_csv_path = 'answers.csv'
# 文本 csv 文件里面文本所处的列名,注意这里一定要填对，要不然会报错的！
document_column_name = '回答内容'
# 输出主题词的文件路径
top_words_csv_path = 'top-topic-words.csv'
# 输出各文档所属主题的文件路径
predict_topic_csv_path = 'document-distribution.csv'
# 可视化 html 文件路径
html_path = 'document-lda-visualization.html'
# 选定的主题数
n_topics = 5
# 要输出的每个主题的前 n_top_words 个主题词数
n_top_words = 20

按注释修改即可！ ​

如果你使用的文件不是 .csv 文件，而是 .xlsx 或者 .xls 文件，则把代码里面的

df = (
    pd.read_csv(
        source_csv_path,
        encoding='utf-8-sig')
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

改为

df = (
    pd.read_excel(
        ".xlsx 或者 .xlsx 文件路径")
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

例如 （Windows 系统）

df = (
    pd.read_excel(
        "C:/Users/me/data/data.xlsx")
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

例如 （Linux 系统）

df = (
    pd.read_excel(
        "/home/me/data/data.xlsx")
    .drop_duplicates()
    .dropna()
    .rename(columns={
        document_column_name: 'text'
    }))

同时要记得使用 pip 来安装 xlrd 和 openpyxl。

写在最后

本文详细地向你展示了怎么一步步做 LDA 主题抽取以及可视化，如果你仔细阅读，那收获是会比较大的。最后祝大家天天进步！！如果大家在刚开始学习中遇到困难，想找一个python学习交流环境，可以加入我们，领取学习资料，一起讨论

文章出处登录后可见！

已经登录？立即刷新

共计人评分，平均分

到目前为止还没有投票！成为第一位评论此文章。

赞 (0)
青葱年少的头像青葱年少普通用户
0
上一篇 2023年3月10日
下一篇 2023年3月10日

相关推荐