TF-IDF 实践

打算分以下几个部分进行

1. 用python写一个爬虫爬取网易新闻

2. 用分词工具对爬下来的文字进行处理, 形成语料库

3. 根据TF-IDF, 自动找出新闻的关键词

4. 根据TF-IDF, 实现相似新闻推荐

 

 

step 1a

今天一天都在弄python爬虫, 花了好大力气才写出一个勉强可用的版本

 1 # -*- coding: utf-8 -*
 2 
 3 import re, urllib, sys
 4 import pyodbc
 5 
 6 newsLink = set()##获取的所有新闻
 7 processLink = set()##正在处理的新闻
 8 newLink = set()##新读取的新闻
 9 viewedLink = set()##已经读取过的新闻
10 
11 ##打开输入的链接, 用正则表达式找出新页面中其他的链接, 并添加到全局set中
12 def getNewsLink(link):
13     ##print link
14     if(link in viewedLink):
15         return
16     viewedLink.add(link)
17     content = ""
18     try:##这一步可能会抛出异常
19         content = urllib.urlopen(link).read().decode('gbk').encode('utf-8')
20     except:
21         info=sys.exc_info()
22         print info[0],":",info[1]
23         print "caused by link : ",  link
24     m = re.findall(r"news\.163\.com/\d{2}/\d{4}/\d{2}/\w+\.html",content,re.M)##网易新闻链接格式为http://news.163.com/14/0621/12/9V8V9AL60001124J.html
25     for i in m:
26         url = "http://" + i
27         newLink.add(url)
28         newsLink.add(url)
29     print "crawled %d page, get %d link"%(len(viewedLink),  len(newsLink))
30     
31 ##将读取到的新闻ID存入数据库中
32 def saveNewsIDtoDB():
33     newsID = dict()
34     for link in newsLink:
35         ID = link[31:47]
36         newsID[ID] = link##截取其中新闻ID
37     conn = pyodbc.connect('DRIVER={SQL Server};SERVER=STEVEN-PC\\MSSQLSERVER_R2;DATABASE=TF-IDF;UID=sa;PWD=123456')
38     cursor = conn.cursor()
39     for (ID, url) in newsID.items():
40         sql = "INSERT INTO News(NewsID, Url) VALUES ('%s','%s')"%(ID, url)
41         try:
42             cursor.execute(sql)
43         except:
44             info=sys.exc_info()
45             print info[0],":",info[1]
46             print "caused by sql : ",  sql
47     conn.commit()
48     conn.close()
49     print "total get %d news ID"%(len(newsID))
50 
51 ##读取指定数量的新闻
52 def readNews(count):
53     processLink = set()
54     processLink.add("http://news.163.com/")
55     while(len(newsLink) < count):
56         for link in processLink:
57             getNewsLink(link)
58         processLink = newLink.copy()
59         newLink.clear()
60 
61 readNews(10000)
62 saveNewsIDtoDB()
View Code

实现了自动抓取指定数量的新闻并将其ID存入数据库

网易新闻没有公开其API, 但是新闻链接的格式都是固定的

如同http://news.163.com/14/0621/12/9V8V9AL60001124J.html, 14代表年份, 0621代表日期, 12不知道什么意思, 但是一定是两位数字, 后面的16位字符串就是新闻ID

跑了几十分钟, 抓了10360个新闻链接

 

step 1b

用BeautifulSoup解析链接, 得到新闻的标题, 正文, 和发布时间

跑了接近一个小时吧, 得到9714条新闻记录,  中间折损了接近一千条,  有的是新闻已经被删除了, 也有的是因为新闻正文格式不对, 抓了一堆JS代码进来, 存到数据库的时候就报错了

不过已经够了

解析代码如下

 1 # encoding: utf-8
 2 import re, urllib, sys
 3 import pyodbc, json
 4 import socket
 5 from bs4 import BeautifulSoup
 6 socket.setdefaulttimeout(10.0) 
 7 
 8 def readNews():
 9     conn = pyodbc.connect('DRIVER={SQL Server};SERVER=STEVEN-PC\\MSSQLSERVER_R2;DATABASE=TF-IDF;UID=sa;PWD=123456')
10     cursor = conn.cursor()
11     sql = "SELECT * FROM News"
12     cursor.execute(sql)
13     rows = cursor.fetchall()
14     
15     updateCount = 0;
16     
17     for row in rows:#从数据库中读取链接
18         print row.NewsID, row.Url
19         content = ""
20         ptime = ""
21         title = ""
22         body = ""
23         newsID = row.NewsID.strip()
24         try:##这一步可能会抛出异常
25             content = urllib.urlopen(row.Url).read()#读取网页内容
26             ptime = "20" + row.Url[20:22] + "-" + row.Url[23:25] + "-" + row.Url[25:27]#新闻发布日期
27             title, body = analyzeNews(content)#解析网页内容, 获取新闻标题与正文
28         except:
29             info=sys.exc_info()
30             print info[0],":",info[1]
31             print "caused by link : ",  row.Url
32             continue
33         
34         sql = "UPDATE News SET Title = '%s', Body = '%s',ptime = '%s' WHERE NewsID = '%s'"%(title,  body,  ptime,  newsID)#生成sql语句
35         try:##这一步可能会抛出异常
36             cursor.execute(sql)
37         except:
38             info=sys.exc_info()
39             print info[0],":",info[1]
40             print "caused by sql : ",  sql
41             continue
42         updateCount += 1
43         if(updateCount % 100 == 0):
44             conn.commit()
45             print "已经更新了%s条数据!"%(updateCount)
46     conn.commit()
47     conn.close()
48     print "数据处理完毕, 一共更新了%s条数据!"%(updateCount)
49     
50 def analyzeNews(content):
51     soup = BeautifulSoup(content, from_encoding="gb18030")
52     title = soup.title.get_text()[:-7]
53     bodyHtml = soup.find(id = "endtext")
54     if(bodyHtml == None):
55         bodyHtml = soup.find(id = "text")
56     if(bodyHtml == None):
57         bodyHtml = soup.find(id = "endText")
58     body = bodyHtml.get_text()
59     body = re.sub("\n+", "\n", body)#去除连续的换行符
60     print title
61     return title, body
62 
63 readNews()
View Code

 

step 2

用结巴分词对新闻做分词并存入数据库中, 标题的权重设为正文的五倍

没想到数据库的效率这么高, 每秒钟居然能执行近万条插入语句

代码如下

 1 # -*- coding: utf-8 -*
 2 
 3 import re, urllib, sys
 4 import pyodbc
 5 import jieba
 6 
 7 stop = [line.strip().decode('utf-8') for line in open('chinese_stopword.txt').readlines() ]
 8 
 9 def readNewsContent():
10     conn = pyodbc.connect('DRIVER={SQL Server};SERVER=STEVEN-PC\\MSSQLSERVER_R2;DATABASE=TF-IDF;UID=sa;PWD=123456')
11     cursor = conn.cursor()
12     sql = "SELECT * FROM News"
13     cursor.execute(sql)
14     rows = cursor.fetchall()
15     
16     word_dict = dict()#所有词的频数
17     
18     insert_count = 0;
19     for row in rows:#从数据库中读取新闻
20         content = row.Body
21         title = row.Title
22         newsID = row.NewsID.strip()
23         seg_dict = sliceNews(title, content)#切词
24         
25         newsWordCount = 0
26         for(word, count) in seg_dict.items():
27             newsWordCount += count
28             sql = "INSERT INTO ContentWord(Word, Count, NewsID) VALUES ('%s',%d, '%s')"%(word, count, newsID)#将每篇新闻的词频存入数据库中
29             cursor.execute(sql)
30             insert_count += 1
31             if(insert_count % 10000 == 0):
32                 print "插入%d条新闻词频记录!"%(insert_count)
33             if(word in word_dict):#维护word_dict
34                 word_dict[word] += 1
35             else:
36                 word_dict[word] = 1
37         sql = "UPDATE News SET WordCount = '%d' WHERE NewsID = '%s'"%(newsWordCount,  newsID)
38         cursor.execute(sql)
39         conn.commit()
40     print "一共插入%d条新闻词频记录!"%(insert_count)
41     
42     #将word_dict存入数据库中
43     for(word, count) in word_dict.items():
44         sql = "INSERT INTO TotalWord(Word, Count) VALUES ('%s',%d)"%(word, count)
45         cursor.execute(sql)
46     print "插入%d条总词频记录!"%(len(word_dict.items()))
47     conn.commit()
48     conn.close()
49 
50 #对输入文字切词,  并返回去除停用词后的词频
51 def sliceNews(title, content):
52     title_segs = list(jieba.cut(title))
53     segs = list(jieba.cut(content))
54     for i in range(5):#标题权重算正文权重的五倍
55         segs += title_segs
56     
57     seg_set = set(segs)
58     seg_dict = dict()
59     for seg in seg_set:#去除停用词, 并得到这篇新闻里的词频
60         if(seg not in stop and re.match(ur"[\u4e00-\u9fa5]+", seg)):#只匹配中文
61             seg_dict[seg] = segs.count(seg)
62         
63     return seg_dict
64     
65 readNewsContent()
View Code

几分钟就跑完了, 一共插入1475330条新闻词频记录和135961条总词频记录

 

step 3

然后对分词结果做计算, 求其TF-IDF值, 得到每篇新闻的TF-IDF值最高的头20个词语, 作为关键词, 并保存到数据库中

代码如下

 1 # -*- coding: utf-8 -*
 2 
 3 import re, urllib, sys
 4 import pyodbc
 5 import math
 6 
 7 
 8 conn = pyodbc.connect('DRIVER={SQL Server};SERVER=STEVEN-PC\\MSSQLSERVER_R2;DATABASE=TF-IDF;UID=sa;PWD=123456')
 9 cursor = conn.cursor()
10 newsCount = 0;
11 totalWordDict = dict()
12 
13 def init():
14     #读取所有新闻数
15     sql = "SELECT COUNT(*) FROM News"
16     cursor.execute(sql)
17     row = cursor.fetchone()
18     global newsCount 
19     newsCount = int(row[0])
20     #读取总词频并构造字典
21     sql = "SELECT * FROM TotalWord"
22     cursor.execute(sql)
23     rows = cursor.fetchall()
24     for row in rows:
25         totalWordDict[row.Word.strip()] = int(row.Count)
26         
27 def clean():
28     conn.commit()
29     conn.close()
30 
31 #计算所有新闻的关键词的tf-idf值
32 def cacluTFIDF():
33     sql = "SELECT * FROM NEWS"#遍历新闻
34     cursor.execute(sql)
35     rows = cursor.fetchall()
36     insertCount = 0
37     for row in rows:#对每一条新闻计算其关键词的TFIDF值
38         newsID = row.NewsID.strip()
39         keyWordList = calcuKeyWords(newsID)
40         for keyWord in keyWordList:#将计算出的TFIDF值存入数据库中
41             word = keyWord[0]
42             value = keyWord[1]
43             sql = "INSERT INTO TFIDF(Word, Value, NewsID) VALUES ('%s',%f, '%s')"%(word, value,  newsID)
44             cursor.execute(sql)
45             insertCount += 1
46             if(insertCount % 10000 == 0):
47                 print "插入%d条TFIDF记录!"%(insertCount)
48         conn.commit()
49     print "一共插入%d条TFIDF记录!"%(insertCount)
50     
51 #计算指定新闻的关键词
52 def calcuKeyWords(newsID):
53     newsID = newsID.strip()
54     sql = "SELECT * FROM NEWS WHERE NewsID = '%s'"%(newsID)
55     cursor.execute(sql)
56     newsWordCount = cursor.fetchone().WordCount#新闻的总词数
57     
58     sql = "SELECT * FROM ContentWord WHERE NewsID = '%s'"%(newsID)
59     cursor.execute(sql)
60     rows = cursor.fetchall()
61     tfidf_dict = dict()
62     global newsCount
63     #构建这篇新闻的tf-idf字典
64     for row in rows:
65         word = row.Word.strip()
66         count = row.Count
67         tf = float(count) / newsWordCount
68         idf = math.log(float(newsCount) / (totalWordDict[word] + 1))
69         tfidf = tf * idf
70         tfidf_dict[word] = tfidf
71     #取前20个关键词
72     keyWordList = sorted(tfidf_dict.items(), key=lambda d: d[1])[-20:]
73     return keyWordList
74 
75 
76 init()
77 cacluTFIDF()
78 clean()
View Code

比方说对于 重庆东胜煤矿5名遇难者遗体全部找到 这条新闻

程序计算出来的关键词, 按权重从低到高排列分别为:

窜\年产\采空区\工人\冒落\东翼\煤约\矸\重庆市\南川\名\顶板\工作面\采煤\找到\遇难者\重庆\遗体\煤矿\东胜

 

step 4

然后就可以根据关键词来做自动推荐了

具体操作如下(引用自阮一峰的博客)

      （1）使用TF-IDF算法，找出两篇文章的关键词；
　　（2）每篇文章各取出若干个关键词（比如20个），合并成一个集合，计算每篇文章对于这个集合中的词的词频（为了避免文章长度的差异，可以使用相对词频）；
　　（3）生成两篇文章各自的词频向量；
　　（4）计算两个向量的余弦相似度，值越大就表示越相似。

代码如下

  1 # -*- coding: utf-8 -*
  2 
  3 import re, urllib, sys
  4 import pyodbc
  5 import math
  6 
  7 conn = pyodbc.connect('DRIVER={SQL Server};SERVER=STEVEN-PC\\MSSQLSERVER_R2;DATABASE=TF-IDF;UID=sa;PWD=123456')
  8 cursor = conn.cursor()
  9 
 10 def clean():
 11     conn.commit()
 12     conn.close()
 13 
 14 #计算两条新闻的相似度,  返回结果为这两条新闻的关键词之间的余弦距离
 15 def similar(newsID1, newsID2):
 16     newsID1 = newsID1.strip()
 17     newsID2 = newsID2.strip()
 18     #取得待对比的两个新闻的关键词集合
 19     sql = "SELECT * FROM TFIDF WHERE NewsID = '%s' OR NewsID = '%s'"%(newsID1, newsID2)
 20     cursor.execute(sql)
 21     rows = cursor.fetchall()
 22     wordSet = set()
 23     for row in rows:
 24         wordSet.add(row.Word)
 25     #计算两条新闻中关键词的各自出现次数, 用向量表示
 26     vector1 = []
 27     vector2 = []
 28     for word in wordSet:
 29         sql = "SELECT * FROM ContentWord WHERE NewsID = '%s' AND Word = '%s'"%(newsID1, word)
 30         cursor.execute(sql)
 31         rows = cursor.fetchall()
 32         if len(rows) == 0:
 33             vector1.append(0)
 34         else:
 35             vector1.append(int(rows[0].Count))
 36         sql = "SELECT * FROM ContentWord WHERE NewsID = '%s' AND Word = '%s'"%(newsID2, word)
 37         cursor.execute(sql)
 38         rows = cursor.fetchall()
 39         if len(rows) == 0:
 40             vector2.append(0)
 41         else:
 42             vector2.append(int(rows[0].Count))
 43     return calcuCosDistance(vector1, vector2)
 44 
 45 #计算两个输入向量之间的余弦距离
 46 def calcuCosDistance(a, b):
 47     if len(a) != len(b):
 48         return None
 49     part_up = 0.0
 50     a_sq = 0.0
 51     b_sq = 0.0
 52     for a1, b1 in zip(a,b):
 53         part_up += a1*b1
 54         a_sq += a1**2
 55         b_sq += b1**2
 56     part_down = math.sqrt(a_sq*b_sq)
 57     if part_down == 0.0:
 58         return None
 59     else:
 60         return part_up / part_down
 61     
 62 #输入一个新闻ID, 输出与其最相似的头几条新闻
 63 def recommand(newsID):
 64     limit = 5
 65     result = dict()
 66     sql = "SELECT * FROM NEWS"#遍历新闻
 67     cursor.execute(sql)
 68     rows = cursor.fetchall()
 69     
 70     newsID = newsID.strip()
 71     calcuCount = 0
 72     for row in rows:
 73         calcuCount += 1
 74         if calcuCount % 200 == 0:
 75             print "已经计算了%d对新闻的相似度"%(calcuCount)
 76         if row.NewsID.strip() != newsID:#去掉本身
 77             distance = similar(newsID, row.NewsID)#计算两个新闻的相似度
 78             if len(result) < limit:
 79                 result[distance] = row.NewsID
 80             else:
 81                 minDis = min(result.keys())
 82                 if(minDis < distance):
 83                     del result[minDis]
 84                     result[distance] = row.NewsID
 85     
 86     print "输入的新闻编号为%s"%(newsID)
 87     sql = "SELECT * FROM NEWS WHERE NewsID = '%s'"%(newsID)
 88     cursor.execute(sql)
 89     row = cursor.fetchone()
 90     print "输入的新闻链接为:   %s"%(row.Url.encode('utf-8'))
 91     print "输入的新闻标题为:   %s"%(row.Title.decode('gb2312').encode('utf-8'))
 92     print "--------------------------------------"
 93     for sim, newsID in result.items():
 94         sql = "SELECT * FROM NEWS WHERE NewsID = '%s'"%(newsID)
 95         cursor.execute(sql)
 96         row = cursor.fetchone()
 97         print "推荐新闻的相似度为: %f"%(sim)
 98         print "推荐新闻的编号为:   %s"%(row.NewsID.encode('utf-8'))
 99         print "推荐新闻的链接为:   %s"%(row.Url.encode('utf-8'))
100         print "推荐新闻的标题为:   %s"%(row.Title.decode('gb2312').encode('utf-8'))
101         print ""
102     
103 #print similar("2IK789GB0001121M", "2IKJ8KRJ0001121M")
104 recommand("A4AVPKLA00014JB5")
105 clean()
View Code
输入刚才的新闻ID, 得到的结果为
  
 1 输入的新闻编号为:   A4AVPKLA00014JB5
 2 输入的新闻链接为:   http://news.163.com/14/0823/10/A4AVPKLA00014JB5.html
 3 输入的新闻标题为:   重庆东胜煤矿5名遇难者遗体全部找到
 4 --------------------------------------
 5 推荐新闻的相似度为: 0.346214
 6 推荐新闻的编号为:   A4BHA5OO0001124J    
 7 推荐新闻的链接为:   http://news.163.com/14/0823/15/A4BHA5OO0001124J.html
 8 推荐新闻的标题为:   安徽淮南煤矿爆炸事故救援再次发现遇难者遗体
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10 推荐新闻的相似度为: 0.356118
11 推荐新闻的编号为:   8H0Q439K00011229    
12 推荐新闻的链接为:   http://news.163.com/12/1123/16/8H0Q439K00011229.html
13 推荐新闻的标题为:   安徽淮北首富被曝用500万元买通矿难遇难者家属
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15 推荐新闻的相似度为: 0.320387
16 推荐新闻的编号为:   A3MBB7CF00014JB6    
17 推荐新闻的链接为:   http://news.163.com/14/0815/10/A3MBB7CF00014JB6.html
18 推荐新闻的标题为:   黑龙江鸡西煤矿透水事故9人升井 仍有16名矿工被困
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20 推荐新闻的相似度为: 0.324280
21 推荐新闻的编号为:   5Q92I93D000120GU    
22 推荐新闻的链接为:   http://news.163.com/09/1211/16/5Q92I93D000120GU.html
23 推荐新闻的标题为:   土耳其煤矿发生瓦斯爆炸 19名矿工全部遇难
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25 推荐新闻的相似度为: 0.361950
26 推荐新闻的编号为:   6D7J4VLR00014AED    
27 推荐新闻的链接为:   http://news.163.com/10/0804/05/6D7J4VLR00014AED.html
28 推荐新闻的标题为:   贵州一煤矿发生煤与瓦斯突出事故

推荐内容的关联性很好

 

不过, 由于推荐操作需要对数据库进行遍历, 时间复杂度非常高, 对单个新闻做关联推荐耗时大约在10分钟左右, 实际使用肯定是无法接受的

但是, 毕竟只是个很粗糙的测试, 我个人还是非常满意的

 

我的感受是: 算法挺神奇, 在上面的代码中, 完全不需要知道具体的新闻内容, 程序就能自动做出相当准确的判断, 非常方便而且有趣

 

中间还是有很多可以优化的地方

比如爬取新闻的时候可以删除部分无用信息(来源, 记者姓名之类)

根据词语出现的位置, 对TF-IDF值进行修正, 比方说第一段和每一段的第一句话的TF-IDF值应当更高一点

对新闻进行粗略分类, 在对一篇新闻做关联推荐的时候, 不需要遍历整个新闻库

 

点击此处下载所有相关代码

 

参考资料: 阮一峰的博客  http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/03/tf-idf.html

posted @ 2014-08-23 15:52  qeDVuHG  阅读(1153)  评论(0)  编辑  收藏  举报