【草稿】关于文本句子分割（中文+英文）以及向量处理

脚踏实地的大梦想家2023-08-25 23:24

获取文本

主函数 Main

python 复制代码 
# -*- encoding: utf-8 -*-
# @Author: SWHL
# @Contact: liekkaskono@163.com
from pathlib import Path
from typing import Dict, List, Union

import filetype

from ..utils import logger
from .image_loader import ImageLoader
from .office_loader import OfficeLoader
from .pdf_loader import PDFLoader
from .txt_loader import TXTLoader

INPUT_TYPE = Union[str, Path]


class FileLoader:
    def __init__(self) -> None:
        self.file_map = {
            "office": ["docx", "doc", "ppt", "pptx", "xlsx", "xlx"],
            "image": ["jpg", "png", "bmp", "tif", "jpeg"],
            "txt": ["txt", "md"],
            "pdf": ["pdf"],
        }

        self.img_loader = ImageLoader()
        self.office_loader = OfficeLoader()
        self.pdf_loader = PDFLoader()
        self.txt_loader = TXTLoader()

    def __call__(self, file_path: INPUT_TYPE) -> Dict[str, List[str]]:
        all_content = {}

        file_list = self.get_file_list(file_path)
        for file_path in file_list:
            file_name = file_path.name

            if file_path.suffix[1:] in self.file_map["txt"]:
                content = self.txt_loader(file_path)
                all_content[file_name] = content
                continue

            file_type = self.which_type(file_path)
            if file_type in self.file_map["office"]:
                content = self.office_loader(file_path)
            elif file_type in self.file_map["pdf"]:
                content = self.pdf_loader(file_path)
            elif file_type in self.file_map["image"]:
                content = self.img_loader(file_path)
            else:
                logger.warning("%s does not support.", file_path)
                continue

            all_content[file_name] = content
        return all_content

    def get_file_list(self, file_path: INPUT_TYPE):
        if not isinstance(file_path, Path):
            file_path = Path(file_path)

        if file_path.is_dir():
            return file_path.rglob("*.*")
        return [file_path]

    @staticmethod
    def which_type(content: Union[bytes, str, Path]) -> str:
        kind = filetype.guess(content)
        if kind is None:
            raise TypeError(f"The type of {content} does not support.")

        return kind.extension

    def sorted_by_suffix(self, file_list: List[str]) -> Dict[str, str]:
        sorted_res = {k: [] for k in self.file_map}

        for file_path in file_list:
            if file_path.suffix[1:] in self.file_map["txt"]:
                sorted_res["txt"].append(file_path)
                continue

            file_type = self.which_type(file_path)
            if file_type in self.file_map["office"]:
                sorted_res["office"].append(file_path)
                continue

            if file_type in self.file_map["pdf"]:
                sorted_res["pdf"].append(file_path)
                continue

            if file_type in self.file_map["image"]:
                sorted_res["image"].append(file_path)
                continue

        return sorted_res

PDF文本

python 复制代码 
# -*- encoding: utf-8 -*-
# @Author: SWHL
# @Contact: liekkaskono@163.com
from pathlib import Path
from typing import List, Union

from rapidocr_pdf import PDFExtracter

from ..text_splitter.chinese_text_splitter import ChineseTextSplitter


class PDFLoader:
    def __init__(
        self,
    ):
        self.extracter = PDFExtracter()
        self.splitter = ChineseTextSplitter(pdf=True)

    def __call__(self, pdf_path: Union[str, Path]) -> List[str]:
        contents = self.extracter(pdf_path)
        split_contents = [self.splitter.split_text(v[1]) for v in contents]
        return sum(split_contents, [])

TXT 文本

python 复制代码 
# -*- encoding: utf-8 -*-
# @Author: SWHL
# @Contact: liekkaskono@163.com
from pathlib import Path
from typing import List, Union

from ..text_splitter.chinese_text_splitter import ChineseTextSplitter
from ..utils.utils import read_txt


class TXTLoader:
    def __init__(self) -> None:
        self.splitter = ChineseTextSplitter()

    def __call__(self, txt_path: Union[str, Path]) -> List[str]:
        contents = read_txt(txt_path)
        split_contents = [self.splitter.split_text(v) for v in contents]
        return sum(split_contents, [])

Office 文本

python 复制代码 
# -*- encoding: utf-8 -*-
# @Author: SWHL
# @Contact: liekkaskono@163.com
from pathlib import Path
from typing import Union

from extract_office_content import ExtractOfficeContent

from ..text_splitter.chinese_text_splitter import ChineseTextSplitter


class OfficeLoader:
    def __init__(self) -> None:
        self.extracter = ExtractOfficeContent()
        self.splitter = ChineseTextSplitter()

    def __call__(self, office_path: Union[str, Path]) -> str:
        contents = self.extracter(office_path)
        split_contents = [self.splitter.split_text(v) for v in contents]
        return sum(split_contents, [])

文本处理

文本处理一：分割文本成句子

split_text1 方法：这个方法用于分句操作，尤其针对 PDF 格式的文本。它使用正则表达式和字符串操作来将输入的文本划分成句子。具体步骤包括：

  • 根据换行情况去除多余的换行符和空白字符。
  • 通过正则表达式 sent_sep_pattern 将文本划分为句子。
  • 对于划分出的每个元素（句子），进行适当的处理并添加到 sent_list 列表中，以得到划分后的句子列表。
python 复制代码 
def split_text1(self, text: str) -> List[str]:
    if self.pdf:
        text = re.sub(r"\n{3,}", "\n", text)
        text = re.sub("\s", " ", text)
        text = text.replace("\n\n", "")
    sent_sep_pattern = re.compile(
        '([﹒﹔﹖﹗．。！？]["'"」』]{0,2}|(?=["'"「『]{1,2}|$))'
    )  # del ：；
    # 正则表达式用于识别句子中的断句标点和引号，并在这些位置进行句子的分割
    sent_list = []
    for ele in sent_sep_pattern.split(text):
        ele = ele.strip()
        if sent_sep_pattern.match(ele) and sent_list:
            sent_list[-1] += ele
        elif ele:
            sent_list.append(ele)
    return sent_list

split_text 方法：这个方法用于分句操作，包括针对各种标点符号和断句规则的处理。具体步骤包括：

根据 pdf 标志对输入文本进行预处理，去除多余的换行和空白。

使用正则表达式将文本按照断句标点分割为句子，并进行适当的处理。

针对单字符断句符、英文省略号、中文省略号、双引号等情况进行断句处理。

去除文本末尾多余的空白字符。

将文本按行划分，并去除空行。

对每行文本进行进一步处理，如果句子长度超过指定的 sentence_size，则进行递归式的断句操作。

python 复制代码 
    def split_text(self, text: str) -> List[str]:  ##此处需要进一步优化逻辑
        if self.pdf:
            text = re.sub(r"\n{3,}", r"\n", text)
            text = re.sub("\s", " ", text)
            text = re.sub("\n\n", "", text)

        text = re.sub(r"([;；.!?。！？\?])([^"'])", r"\1\n\2", text)  # 单字符断句符
        text = re.sub(r'(\.{6})([^"'"」』])', r"\1\n\2", text)  # 英文省略号
        text = re.sub(r'(\...{2})([^"'"」』])', r"\1\n\2", text)  # 中文省略号
        text = re.sub(r'([;；!?。！？\?]["'"」』]{0,2})([^;；!?，。！？\?])', r"\1\n\2", text)
        # 如果双引号前有终止符，那么双引号才是句子的终点，把分句符\n放到双引号后，注意前面的几句都小心保留了双引号
        text = text.rstrip()  # 段尾如果有多余的\n就去掉它
        # 很多规则中会考虑分号;，但是这里我把它忽略不计，破折号、英文双引号等同样忽略，需要的再做些简单调整即可。
        ls = [i for i in text.split("\n") if i]
        for ele in ls:
            if len(ele) > self.sentence_size:
                ele1 = re.sub(r'([,，.]["'"」』]{0,2})([^,，.])', r"\1\n\2", ele)
                ele1_ls = ele1.split("\n")
                for ele_ele1 in ele1_ls:
                    if len(ele_ele1) > self.sentence_size:
                        ele_ele2 = re.sub(
                            r'([\n]{1,}| {2,}["'"」』]{0,2})([^\s])', r"\1\n\2", ele_ele1
                        )
                        ele2_ls = ele_ele2.split("\n")
                        for ele_ele2 in ele2_ls:
                            if len(ele_ele2) > self.sentence_size:
                                ele_ele3 = re.sub(
                                    '( ["'"」』]{0,2})([^ ])', r"\1\n\2", ele_ele2
                                )
                                ele2_id = ele2_ls.index(ele_ele2)
                                ele2_ls = (
                                    ele2_ls[:ele2_id]
                                    + [i for i in ele_ele3.split("\n") if i]
                                    + ele2_ls[ele2_id + 1 :]
                                )
                        ele_id = ele1_ls.index(ele_ele1)
                        ele1_ls = (
                            ele1_ls[:ele_id]
                            + [i for i in ele2_ls if i]
                            + ele1_ls[ele_id + 1 :]
                        )

                id = ls.index(ele)
                ls = ls[:id] + [i.strip() for i in ele1_ls if i] + ls[id + 1 :]
        return ls

文本处理二：向量化

  • adapt_array 和 convert_array 函数：这两个函数分别用于将 NumPy 数组转换为二进制数据，以便存储到 SQLite 数据库中，以及将存储在数据库中的二进制数据转换回 NumPy 数组。

  • DBUtils 类：这个类用于与 SQLite 数据库进行交互，主要用于存储和检索向量化的文本数据。以下是类的主要部分：

    • init 方法：构造方法用于初始化类的实例。它接受一个参数 db_path，表示数据库文件的路径。在初始化时，它创建一个数据库连接并创建一个名为 embedding_texts 的表，用于存储文本数据的嵌入、文件名和文本内容。
    • connect_db 方法：这个方法用于建立数据库连接。它会创建一个连接并返回连接对象和游标对象，以便执行数据库操作。
    • load_vectors 方法：这个方法用于加载数据库中的向量数据。它执行查询操作，获取所有向量的文件名、嵌入和文本内容，并创建一个 Faiss 搜索索引，以便进行相似性搜索。
    • count_vectors 方法：这个方法用于获取数据库中的向量数量。
    • search_local 方法：这个方法用于在数据库中进行相似性搜索。它接受一个查询向量 embedding_query 和 top_k 参数，返回相似的文本内容和搜索耗时。
    • insert 方法：这个方法用于将嵌入的文本数据插入到数据库中。它接受文件名、嵌入和文本列表，将数据插入到数据库表中。
    • 其他方法：get_files 方法用于获取所有文件名；enter 和 exit 方法用于处理上下文管理器。
    • 总之，DBUtils 类是一个用于与 SQLite 数据库交互的工具类，用于存储和检索向量化的文本数据。它可以用于构建文本检索系统等应用。请注意，代码中使用了 faiss 库来进行快速相似性搜索。
python 复制代码 
# -*- encoding: utf-8 -*-
# @Author: SWHL
# @Contact: liekkaskono@163.com
import io
import sqlite3
import time
from typing import Dict, List, Optional

import faiss
import numpy as np

from ..utils.logger import logger

# adapt_array 和 convert_array 函数：这两个函数分别用于将 NumPy 数组转换为二进制数据，以便存储到 SQLite 数据库中，以及将存储在数据库中的二进制数据转换回 NumPy 数组。

def adapt_array(arr):
    out = io.BytesIO()
    np.save(out, arr)
    out.seek(0)
    return sqlite3.Binary(out.read())


def convert_array(text):
    out = io.BytesIO(text)
    out.seek(0)
    return np.load(out, allow_pickle=True)


sqlite3.register_adapter(np.ndarray, adapt_array)
sqlite3.register_converter("array", convert_array)


class DBUtils:
    def __init__(
        self,
        db_path: str,
    ) -> None:
        self.db_path = db_path

        self.table_name = "embedding_texts"
        self.vector_nums = 0

        self.max_prompt_length = 4096

        self.connect_db()

    def connect_db(
        self,
    ):
        con = sqlite3.connect(self.db_path, detect_types=sqlite3.PARSE_DECLTYPES)
        cur = con.cursor()
        cur.execute(
            f"create table if not exists {self.table_name} (id integer primary key autoincrement, file_name TEXT, embeddings array UNIQUE, texts TEXT)"
        )
        return cur, con

    def load_vectors(
        self,
    ):
        cur, _ = self.connect_db()

        cur.execute(f"select file_name, embeddings, texts from {self.table_name}")
        all_vectors = cur.fetchall()

        self.file_names = np.vstack([v[0] for v in all_vectors]).squeeze()
        all_embeddings = np.vstack([v[1] for v in all_vectors])
        self.all_texts = np.vstack([v[2] for v in all_vectors]).squeeze()

        self.search_index = faiss.IndexFlatL2(all_embeddings.shape[1])
        self.search_index.add(all_embeddings)
        self.vector_nums = len(all_vectors)

    def count_vectors(
        self,
    ):
        cur, _ = self.connect_db()

        cur.execute(f"select file_name from {self.table_name}")
        all_vectors = cur.fetchall()
        return len(all_vectors)

    def search_local(
        self,
        embedding_query: np.ndarray,
        top_k: int = 5,
    ) -> Optional[Dict[str, List[str]]]:
        s = time.perf_counter()

        cur_vector_nums = self.count_vectors()
        if cur_vector_nums <= 1:
            return None, 0

        if cur_vector_nums != self.vector_nums:
            self.load_vectors()

        _, I = self.search_index.search(embedding_query, top_k)
        top_index = I.squeeze().tolist()
        search_contents = self.all_texts[top_index]
        file_names = [self.file_names[idx] for idx in top_index]
        dup_file_names = list(set(file_names))
        dup_file_names.sort(key=file_names.index)

        search_res = {v: [] for v in dup_file_names}
        for file_name, content in zip(file_names, search_contents):
            search_res[file_name].append(content)

        elapse = time.perf_counter() - s
        return search_res, elapse

    def insert(self, file_name: str, embeddings: np.ndarray, texts: List):
        cur, con = self.connect_db()

        file_names = [file_name] * len(embeddings)

        t1 = time.perf_counter()
        insert_sql = f"insert or ignore into {self.table_name} (file_name, embeddings, texts) values (?, ?, ?)"
        cur.executemany(insert_sql, list(zip(file_names, embeddings, texts)))
        elapse = time.perf_counter() - t1
        logger.info(
            f"Insert {len(embeddings)} data, total is {len(embeddings)}, cost: {elapse:4f}s"
        )
        con.commit()

    def get_files(self):
        cur, _ = self.connect_db()

        search_sql = f"select distinct file_name from {self.table_name}"
        cur.execute(search_sql)
        search_res = cur.fetchall()
        search_res = [v[0] for v in search_res]
        return search_res

    def __enter__(self):
        return self

    def __exit__(self, *a):
        self.cur.close()
        self.con.close()

补充说明 Faiss

Faiss（Facebook AI Similarity Search）是一个由 Facebook AI Research 开发的用于高效相似性搜索的库。它主要用于处理大规模高维向量数据，例如文本嵌入、图像特征等。Faiss 提供了一系列优化的算法和数据结构，能够在大型数据集中快速进行相似性搜索，找到与给定查询向量最相似的数据点。

在文本嵌入或图像特征检索等应用中，常常需要找到与给定查询向量最接近的嵌入向量。这是一项计算密集型任务，特别是在高维空间中。Faiss 通过使用各种索引结构（如平面索引、多索引等）以及高度优化的搜索算法（如倒排索引、乘积量化、哈希等）来加速这些相似性搜索操作。

具体而言，Faiss 为用户提供了一些核心组件：

  • 索引结构：Faiss 支持多种索引结构，如平面索引、倒排索引、多索引等。这些结构有助于在不同情况下加速搜索操作。
  • 相似性度量：Faiss 支持多种相似性度量方法，如 L2 距离（欧氏距离）、内积等，可以根据具体应用选择适当的度量方式。
  • 搜索算法：Faiss 实现了多种高效的搜索算法，例如 K 最近邻搜索、范围搜索等。这些算法基于索引结构，能够在大规模数据集中迅速找到相似的数据点。

在上述代码示例中，self.search_index 表示 Faiss 的搜索索引，self.search_index.add(all_embeddings) 将嵌入向量添加到索引中，从而建立索引以加速相似性搜索。

总之，Faiss 提供了强大的工具和算法，用于处理大规模高维向量数据的相似性搜索，这在文本检索、图像搜索等应用中非常有用。

关于 Faiss

在 Faiss 中，一般的工作流程是首先进行聚类，然后构建索引，最后执行查询。具体来说，顺序是这样的：

聚类（Clustering）：首先，你需要将你的数据集进行聚类，通常使用 k-means 或其他聚类算法。这一步的目的是将数据划分成若干个聚类中心，每个聚类中心代表一个虚拟的向量，而不是实际的数据向量。

构建索引（Indexing）：一旦聚类完成，对于每个聚类中心，Faiss 会构建一个索引结构，如 k-d 树或多叉树。这些索引结构将帮助加速后续的近似搜索操作。这个阶段实际上是在为每个聚类中心创建一个能够快速定位附近向量的数据结构。

查询（Querying）：一旦索引构建完成，你可以使用查询向量来寻找最接近的近邻。Faiss 会使用之前构建的索引结构来定位可能包含相似向量的聚类中心，然后在这些聚类中心的附近搜索实际的近邻向量，最终返回近似的最近邻结果。

因此，聚类是在数据预处理阶段，构建索引是在为每个聚类中心创建索引结构，而查询是在实际搜索阶段。这样的顺序可以显著提高搜索的效率，特别是在处理大规模数据集时。

补充 Embedding 句子嵌入，句子向量化的作用

类似于词嵌入，句子嵌入将整个句子映射到向量空间中。这可以通过将句子中的词嵌入进行合并或组合，或者通过使用预训练的模型（如BERT、GPT等）来获得句子的嵌入表示。

这个过程的核心思想是捕捉文本的语义和语境信息，以便计算机能够更好地理解和处理文本数据。

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