Визуализация фото-портфолио. Часть 2: Word embedding

в 15:07, , рубрики: data mining, data science, dimensionality reduction, pointwise mutual information, sklearn, SVD, t-sne, word embedding, визуализация данных, машинное обучение

image
Визуализация портфолио (на данном рисунке, чем краснее область, тем больше среднескачиваемых фото в этой области)

В предыдущей части речь шла о разбиении фото-портфолио по сигналам с предпоследнего слоя модели inceptionV3. В этой части я расскажу, как разбивать портфолио по ключевым словам.
Словарь ключевых слов для больших портфолио может достигать порядка 100 000 слов. Если действовать прямо в лоб, то у нас получится 100 000 признаков. Не хотелось бы хранить такой большой объём информации в оперативной памяти, тем более что в ней много избыточной информации, поскольку многие ключевые слова связаны с другими. Например, «семья» часто встречается со словом «дети». Поэтому будем применять технику word embedding (ключевые слова из словаря сопоставляются с числами из пространства меньшей размерности относительно размерности словаря).
Word embedding будем реализовывать при помощи pointwise mutual information (PMI) (раздел 3.1. в статье)
Идея алгоритма вкратце: вычисляется матрица PMI ключевых слов, затем выполняется сингулярное разложение матрицы image и вычисляется матрица image, по которой и находятся похожие слова.

скрипт для нахождения для каждого ключевого слова похожих слов и отсеивание похожих групп

# coding: utf-8

import pandas as pd
import os
import json
import tqdm
import random
import pickle
from decimal import *
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import normalize
from sklearn import metrics, ensemble, neighbors, decomposition, preprocessing, svm
from sklearn import cross_validation
from scipy.sparse import csr_matrix, lil_matrix
from collections import Counter
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer, CountVectorizer
from sklearn.utils.extmath import randomized_svd


p_names = [
            'urbancow'
            ]

portfolio_dir = '/home/traineeship/portfolio/'

tags_list = list()

for name in p_names:
	rest_info = pd.read_csv(portfolio_dir + name + '/rest_info.csv')
	for keywords in rest_info['keywords']:
		s_keywords = str(keywords).replace(',','|||').lower().decode('utf-8')
        	tags_list.append( s_keywords.replace('[','').replace(']','').replace('"','') )

print len(tags_list)
vectorizer = CountVectorizer(min_df=0.000, binary=True, tokenizer=lambda doc: doc.split('|||'))
X = vectorizer.fit_transform(tags_list)

keyword_list = vectorizer.get_feature_names()
for i in range(len(keyword_list)):
	keyword_list[i] = keyword_list[i].strip().rstrip()

print len(keyword_list)

p = np.asarray(X.mean(axis=0)).ravel()
c = Counter()

for keywords in tags_list:
	for k1 in keywords.split('|||'):
		c.update([(k1, k2) for k2 in keywords.split('|||')])

c_word = Counter()

for keywords in tags_list:
	for w in keywords.split('|||'):
		c_word[w] += 1



PMI = np.zeros([len(keyword_list), len(keyword_list)])

for i in (range(len(keyword_list))):
    for j in range(i, len(keyword_list)):
        joint = c[(keyword_list[i], keyword_list[j])]/float(len(tags_list))
        if joint == 0:
            PMI[i,j] = -1
            PMI[j,i] = -1
        else:
            p1 = c_word[keyword_list[i]]/float(len(tags_list))
            p2 = c_word[keyword_list[j]]/float(len(tags_list))
            PMI[i,j] = np.log(p1*p2)/np.log(joint) - 1
            PMI[j,i] = np.log(p1*p2)/np.log(joint) - 1



U, Sigma, VT = randomized_svd(PMI, n_components=2048, random_state=42)

E = U.dot(np.diag(np.sqrt(Sigma)))


np.save('E_full_k_4096', E)

E = normalize(E, axis=1)


#define groups of similar words
words_groups = [None] * len(keyword_list)
for i in range (len(keyword_list)):
	d = E.dot(E[i])
	indexes = np.argsort(d)[::-1]
	words_group = [None] * 10
	idx = 0
	for j in indexes[:10]:
	    words_group[idx] = keyword_list[j]
            idx += 1
	words_groups[i] = words_group

#remove similar groups
for i in range(len(words_groups)):
	if (words_groups[i] == None):
			continue
	for j in range(i + 1, len(words_groups)):
		if (words_groups[j] == None):
			continue
		len_ = len(set(words_groups[i]) & set(words_groups[j]))
		if (len_ > 5):
			words_groups[j] = None

tmp = list()
for i in range(len(words_groups)):
	if (words_groups[i] == None):
		continue
	tmp.append(words_groups[i])

words_groups = tmp
np.save('words_groups', words_groups)

скрипт для вычисления признаков

# coding: utf-8

import pandas as pd
import os
import json
import tqdm
import random
import pickle
import sys
from decimal import *
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import normalize
from sklearn import metrics, ensemble, neighbors, decomposition, preprocessing, svm
from sklearn import cross_validation
from scipy.sparse import csr_matrix, lil_matrix
from collections import Counter
from sklearn.feature_extraction.text import TfidfVectorizer, CountVectorizer
from sklearn.utils.extmath import randomized_svd


p_names = [
            'urbancow'
            ]

portfolio_dir = '/home/traineeship/portfolio/'

tags_list = list()

for name in p_names:
	rest_info = pd.read_csv(portfolio_dir + name + '/rest_info.csv')
	for keywords in rest_info['keywords']:
		s_keywords = str(keywords).replace(',','|||').lower().decode('utf-8')
        	tags_list.append( s_keywords.replace('[','').replace(']','').replace('"','') )

name = p_names[0]

print len(tags_list), name
vectorizer = CountVectorizer(min_df=0.000, binary=True, tokenizer=lambda doc: doc.split('|||'))
X = vectorizer.fit_transform(tags_list)

keyword_list = vectorizer.get_feature_names()
for i in range(len(keyword_list)):
	keyword_list[i] = keyword_list[i].strip().rstrip()

print len(keyword_list), len(tags_list)

E = np.load('E_full_k_4096.npy')
E = normalize(E, axis=1)

words_groups = np.load('words_groups.npy')
print len(words_groups)
 
getcontext().prec = 4

features_name = "gm_id,"+",".join("w%s" %i for i in range(len(words_groups))) + 'n'

rest_info = pd.read_csv(portfolio_dir + name + '/rest_info.csv')
keywords_csv = open(portfolio_dir + name + '/keywords.csv','w')

keywords_csv.write(features_name)

no_processed_keywords = rest_info['keywords']
processed_splited_keywords = list()

for i in range(len(no_processed_keywords)):

        no_processed_keywords[i] = no_processed_keywords[i].decode('utf-8')
	no_processed_keywords[i] = no_processed_keywords[i].lower().replace('[','').replace(']','').replace('"','')

	splited_keywords = no_processed_keywords[i].split(',')
	for j in range(len(splited_keywords)):
		splited_keywords[j] = splited_keywords[j].strip().rstrip()
	processed_splited_keywords.append(set(splited_keywords))
	
	

#count similarity between keywords of image and words_groups[i]
for i in range(len(processed_splited_keywords)):
	words = processed_splited_keywords[i]

	features = [0] * len(words_groups)
	for j in range(len(words_groups)):
		features[j] += Decimal(len(words & set(words_groups[j]))) / Decimal(len(set(words_groups[j])))

	str_features = str(rest_info['gm_id'][i])+','+','.join(str(feature) for feature in features) + 'n'
	keywords_csv.write(str_features)

Про визуализацию данных и сжатие размерности подробнее написано в 1-й части

скрипт для визуализации портфолио по ключевым словам

# coding: utf-8


import numpy as np
import pandas as pd
import sys
import matplotlib as mpl
mpl.use('Agg')
import matplotlib.pyplot as plt
import json
import os
import cv2
from sklearn import manifold, decomposition
from matplotlib.offsetbox import OffsetImage, AnnotationBbox
from scipy.stats import gaussian_kde
import gc


p_names = [ 
            'urbancow'
            ]


def imscatter(x, y, image, ax=None, label=False):
    label=label==True
    im = OffsetImage(image)
    x, y = np.atleast_1d(x, y)
    artists = []
    for x0, y0 in zip(x, y):
        ab = AnnotationBbox(im, (x0, y0), xycoords='data', frameon=label)
        artists.append(ax.add_artist(ab))
    ax.update_datalim(np.column_stack([x, y]))
    ax.autoscale()
    return artists


name = p_names[0]

portfolio_dir = '/home/traineeship/portfolio/'
images_directory = portfolio_dir + name + '/images/'
keywords_path = portfolio_dir + name + '/keywords.csv'

rest_info = pd.read_csv( portfolio_dir + name + '/rest_info.csv' )

gm_ids = rest_info['gm_id']

keywords_info = pd.read_csv(keywords_path)
print len(keywords_info), len(gm_ids)
downloads = dict( zip( list( map( str, rest_info['gm_id'] ) ), rest_info['downloads'] ) )

keywords_info.drop('gm_id',inplace=True,axis=1)
X = keywords_info.as_matrix()

print len(X)

y = np.array( [ downloads[str(gm_id)] for gm_id in gm_ids ] ) #downloads count

sd_downloads = y.std()
mean_downloads = y.mean()

X_list = list()
y_list = list()
gm_ids_list = list()

if (len(X) > 5000):
	batches_count = len(X) / 5000 + 1
	index = 0
	for i in range(batches_count - 1):
		if (i < batches_count - 2):
			X_list.append(X[index:index+5000])
			y_list.append(y[index:index+5000])
			gm_ids_list.append(gm_ids[index:index+5000])
		elif (i == batches_count - 2):
        		if (len(X[index+5000:]) < 1000):
				X_list.append(X[index:])
				y_list.append(y[index:])
				gm_ids_list.append(gm_ids[index:])
				batches_count -= 1
			else:
				X_list.append(X[index:index+5000])
				y_list.append(y[index:index+5000])
				gm_ids_list.append(gm_ids[index:index+5000])
				index += 5000
				X_list.append(X[index:])
				y_list.append(y[index:])
				gm_ids_list.append(gm_ids[index:])
		index += 5000
else:
	X_list.append(X)
	y_list.append(y)
	gm_ids_list.append(gm_ids)
print len(X_list), len(X)


del X
del y
del gm_ids
del rest_info
del keywords_info
del downloads
gc.collect()

for ii in range(len(X_list)):
	X = X_list[ii]
	y = y_list[ii]
	gm_ids = gm_ids_list[ii]    

	#TruncatedSVD due to sparse data
	X = decomposition.TruncatedSVD(n_components=50).fit_transform(X)
	X = manifold.TSNE().fit_transform(X)

	fig, ax = plt.subplots()
	scale_factor=15
	fig.set_size_inches(16*scale_factor, 9*scale_factor, forward=True)

	for i, gm_id in enumerate( gm_ids ):
		image_path = images_directory + str(gm_id) + '.jpg'
		try:
			image=cv2.imread(image_path)
			b,g,r = cv2.split(image)       # get b,g,r
			image = cv2.merge([r,g,b])     # switch it to rgb
			image=cv2.resize(image, (80, 80))
		except Exception as ex:
			size = 80, 80, 3
			image = np.zeros(size, dtype=np.uint8)
			pass
		x1=X[i, 0]
		x2=X[i, 1]
		imscatter(x1, x2, image, ax)
		ax.plot(x1, x2)
    
	for idx in range(4):
		if (idx == 0):
			x1=X[y == 0][:,0]
			x2=X[y == 0][:,1]
		elif (idx == 1):
			x1=X[(y > 0) & (y <= mean_downloads + sd_downloads)][:,0]
			x2=X[(y > 0) & (y <= mean_downloads + sd_downloads)][:,1]
		elif (idx == 2):
			x1=X[(y > mean_downloads + sd_downloads) & (y <= mean_downloads + 2 * sd_downloads)][:,0]
			x2=X[(y > mean_downloads + sd_downloads) & (y <= mean_downloads + 2 * sd_downloads)][:,1]
		elif (idx == 3):
			x1=X[y > mean_downloads + 2 * sd_downloads][:,0]
			x2=X[y > mean_downloads + 2 * sd_downloads][:,1]

		xy = np.vstack([x1,x2])
		kde = gaussian_kde(xy)#simple density estimation
		z = kde(xy)

		xmin, xmax = ax.get_xlim()
		ymin, ymax = ax.get_ylim()

		xedges = np.linspace(xmin, xmax, 700)
		yedges = np.linspace(ymin, ymax, 700)
		xx, yy = np.meshgrid(xedges, yedges)
		gridpoints = np.array([xx.ravel(), yy.ravel()])

		zz = np.reshape(kde(gridpoints), xx.shape)
		im = ax.imshow(zz, cmap='jet', interpolation='nearest', origin='lower', extent=[xmin, xmax, ymin, ymax])

		ax.grid()
		suffix_name = str(idx) + '_tsne_part'+str(ii)+'.png'
		fig.savefig('vism/'+name+'/'+name+'_'+ suffix_name, dpi=100, bbox_inches='tight')
	fig.clf()
	ax.cla()   

Рассмотрим портфолио автора из 1-й части (рассмотрим только фото с возрастом <= 2 лет; около 5000 фото).
Построились следующие картинки:

Получилось, что у автора следующие популярные темы по ключевым словам:

  • фото улиц сверху
  • места с большим скоплением народа (метрополитен, ...);
  • достопримечательности
  • школьники
  • внутри супермаркетов с детьми
  • ковбои; лошади
  • пекарня; кухни в общепитах
  • индусы
  • магазин с велосипедами
  • в поле
  • пейзаж; природа(скорее мало продаваемые)

и не популярные по ключевым словам:

  • путешествия по странам 3-го мира; их обычаи, быт

p.s. портфолио другого автора с уже вычисленными признаками по ключевым словам

Автор: forcesh

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля