基于 LSTM 的电商评论情感分析模型

目录

一、项目背景

二、数据预处理

1.导入相关依赖

2. 数据加载与清洗

3. 构建中文 Tokenizer

3. 文本编码与数据保存

三、构建 DataLoader

四、构建 LSTM 模型

五、模型训练

1. 训练配置

2. 训练与验证

六、模型预测

七、完整代码如下

LSTM 即长短期记忆网络，是 一种改进型循环神经网络（RNN），专为解决传统 RNN 处理长序列数据时的梯度消失和梯度爆炸问题而设计，在时序数据相关领域应用广泛，以下是其具体介绍及优缺点分析：

  1. 核心结构与工作原理
    • 细胞状态：这是 LSTM 的核心，如同一条贯穿网络的 “信息高速公路”，能长期存储关键信息并不受干扰地传递，是实现长期记忆的基础，可通过门控机制选择性更新信息。
    • 三大门控单元：遗忘门、输入门和输出门通过输出 0 - 1 之间的值控制信息传递比例。遗忘门决定丢弃细胞状态中的哪些历史旧信息；输入门筛选当前时刻重要信息并生成候选信息，进而更新到细胞状态；输出门则筛选细胞状态内容，确定传递给下一时刻的信息。三者协同作用，让模型实现对信息的记忆、更新与筛选。
  2. 主要优点
    • 高效捕捉长期依赖：这是 LSTM 最核心的优势。借助细胞状态的 “信息高速公路” 和三大门控机制，误差在反向传播时能有效在时间序列中传递，避免了梯度消失或爆炸，使得模型能精准记住长序列数据中的关键信息，比如在长文本翻译中记住前文的核心主语。
    • 信息控制灵活：三大门控可动态调节信息流，遗忘门清理无用信息，输入门收纳新的有用信息，输出门按需提取信息。这种机制让模型能灵活适配不同任务，像在情感分析中，可着重保留否定词等对情感判断关键的信息。
  3. 主要缺点
    • 计算复杂度高：门控机制和细胞状态的更新过程，使得 LSTM 的参数量远大于普通 RNN。若隐藏层维度为 d，其参数量达 4d² + 4d，大量的矩阵乘法和门控操作导致训练和推理时计算量剧增，训练速度远慢于普通神经网络。
    • 并行化难度大：LSTM 需严格按照时间步顺序处理序列数据，必须等前一时刻的计算完成后，才能进行当前时刻的运算，无法像 Transformer 那样实现并行计算，在处理超长序列和大规模数据时效率受限。

在电商场景中，用户评论的情感倾向分析是商家了解产品口碑、优化服务的重要手段。本文将详细介绍如何基于 LSTM（长短期记忆网络）实现电商评论的情感二分类（正向 / 负向），从数据预处理、模型构建到训练预测，完整还原整个实战流程。

一、项目背景

情感分析的核心是让机器理解文本的情感倾向，而 LSTM 作为一种循环神经网络（RNN）的变体，能够有效捕捉文本序列的上下文依赖关系，非常适合处理文本类序列数据。

二、数据预处理

1.导入相关依赖

import pandas as pd from sklearn.model_selection import train_test_split import torch import jieba from tqdm import tqdm from typing import List import json from torch.utils.data import Dataset, DataLoader from torch import nn,optim from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter

2. 数据加载与清洗

本次使用的数据集为online_shopping_10_cats.csv（电商评论数据集），首先进行基础清洗：

# 加载数据 data = pd.read_csv('./data/online_shopping_10_cats.csv') # 去除空值、无关列 data.dropna(inplace=True) data.drop(columns=['cat'], inplace=True) # 分层划分训练集/测试集（保证正负样本比例） train_data, test_data = train_test_split(data, test_size=0.2, stratify=data['label'])

3. 构建中文 Tokenizer

中文文本需要先分词再编码，我们自定义JieBaTokenizer类，实现分词、词表构建、文本编码等功能：

class JieBaTokenizer: unk_index = 1 # 未知词索引 pad_index = 0 # 填充词索引 def __init__(self, vocab_list): self.vocab_list = vocab_list self.vocab_size = len(vocab_list) self.word2index = {v: i for i, v in enumerate(vocab_list)} self.index2word = {i: v for i, v in enumerate(vocab_list)} # 分词（静态方法） @staticmethod def tokenize(text: str) -> List[str]: return jieba.lcut(text.replace(' ', '').strip()) # 文本编码（转为固定长度索引序列） def encode(self, text: str, seq_len: int) -> List[int]: tokens = self.tokenize(text) tokens_index = [self.word2index.get(token, self.unk_index) for token in tokens] # 截断或填充至固定长度 if len(tokens_index) > seq_len: return tokens_index[:seq_len] else: tokens_index.extend([self.pad_index] * (seq_len - len(tokens_index))) return tokens_index # 构建词表并保存 @classmethod def build_vocab(cls, sentences: List[str], unk_token='<unknown>', pad_token='<padding>', vocab_path='./vocab.json'): vocab_set = set() for sentence in tqdm(sentences, desc='构建词表：'): vocab_set.update(jieba.lcut(sentence.replace(' ', ''))) vocab_list = [pad_token, unk_token] + sorted(list(vocab_set)) vocab_dict = {i: v for i, v in enumerate(vocab_list)} with open(vocab_path, 'w', encoding='utf-8') as f: json.dump(vocab_dict, f, ensure_ascii=False, indent=2) # 加载词表 @classmethod def read_vocab(cls, vocab_path='./vocab.json'): with open(vocab_path, 'r', encoding='utf-8') as f: json_dict = json.load(f) vocab_list = [v for _, v in json_dict.items()] return cls(vocab_list)

3. 文本编码与数据保存

基于训练集构建词表，并将训练集 / 测试集的评论转为固定长度的索引序列，保存为 JSONL 格式方便后续加载：

# 构建词表 JieBaTokenizer.build_vocab(train_data['review'].tolist()) # 加载词表 tokenizer = JieBaTokenizer.read_vocab(vocab_path='./vocab.json') print(f"词表大小：{tokenizer.vocab_size}") # 编码文本（固定长度128） train_data['review'] = train_data['review'].apply(lambda x: tokenizer.encode(x, 128)) test_data['review'] = test_data['review'].apply(lambda x: tokenizer.encode(x, 128)) # 保存处理后的数据 train_data.to_json('train_data.jsonl', orient='records', lines=True) test_data.to_json('test_data.jsonl', orient='records', lines=True)

三、构建 DataLoader

自定义Dataset类，加载处理后的数据集，并通过DataLoader实现批量加载：

class CommentDataset(Dataset): def __init__(self, path): self.data = pd.read_json(path, orient='records', lines=True).to_dict(orient='records') def __len__(self): return len(self.data) def __getitem__(self, index): # 转为张量 input_tensor = torch.tensor(self.data[index]['review'], dtype=torch.long) target_tensor = torch.tensor(self.data[index]['label'], dtype=torch.float32) return input_tensor, target_tensor # 构建DataLoader train_dataset = CommentDataset('train_data.jsonl') test_dataset = CommentDataset('test_data.jsonl') train_dataloader = DataLoader(dataset=train_dataset, batch_size=16, drop_last=True) test_dataloader = DataLoader(dataset=test_dataset, batch_size=16, drop_last=True)

四、构建 LSTM 模型

定义包含嵌入层、LSTM 层、全连接层的情感分析模型，核心思路是：

  1. 嵌入层：将词索引转为稠密向量；

  2. LSTM 层：捕捉文本序列的上下文特征；

  3. 全连接层：将 LSTM 输出的特征映射为情感分类结果。

class Network(nn.Module): def __init__(self, vocab_size, padding_idx): super(Network, self).__init__() # 嵌入层 self.embedding = nn.Embedding( num_embeddings=vocab_size, embedding_dim=128, padding_idx=padding_idx # 忽略填充词的梯度 ) # LSTM层 self.lstm = nn.LSTM( input_size=128, hidden_size=256, num_layers=2, batch_first=True, # 输入格式：[batch_size, seq_len, input_size] bidirectional=False ) # 全连接层（二分类） self.linear = nn.Linear(in_features=256, out_features=1) def forward(self, x: torch.Tensor): # 嵌入层输出：[batch_size, seq_len, 128] embedding = self.embedding(x) # LSTM输出：output [batch_size, seq_len, 256]；hn/cn [num_layers, batch_size, 256] output, (_hn, _cn) = self.lstm(embedding) # 获取每个样本最后一个非填充token的隐藏状态 batch_indexs = torch.arange(0, output.shape[0]) length = (x != self.embedding.padding_idx).sum(dim=1) # 每个样本的真实长度 output = self.linear(output[batch_indexs, length-1]).squeeze(-1) return output

五、模型训练

1. 训练配置

设置训练设备（GPU/CPU）、损失函数、优化器、训练轮数等：

# 日志保存 writer = SummaryWriter('./logs') # 设备选择 device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu' # 模型初始化 model = Network(vocab_size=tokenizer.vocab_size, padding_idx=0).to(device) # 训练参数 epochs = 5 loss_fn = nn.BCEWithLogitsLoss() # 适用于二分类的交叉熵损失（内置sigmoid） optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)

2. 训练与验证

训练过程中同时验证模型性能，保存验证集损失最低的模型：

best_loss = float('inf') for epoch in range(epochs): print(f'==========第{epoch+1}轮============') # 训练阶段 model.train() train_total_loss = 0 train_correct_count = 0 train_total_count = 0 for train_x, train_y in tqdm(train_dataloader, desc='训练'): train_x, train_y = train_x.to(device), train_y.to(device) pred_y = model(train_x) loss = loss_fn(pred_y, train_y) # 反向传播 optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() # 统计训练损失与准确率 train_total_loss += loss.item() batch_pred = torch.sigmoid(pred_y) # 转为0-1概率 pred_label = (batch_pred > 0.5) train_correct_count += (pred_label == train_y).sum().item() train_total_count += train_y.size(0) # 验证阶段（无梯度计算） model.eval() test_total_loss = 0 test_correct_count = 0 test_total_count = 0 with torch.no_grad(): for test_x, test_y in tqdm(test_dataloader, desc='验证'): test_x, test_y = test_x.to(device), test_y.to(device) pred_y = model(test_x) loss = loss_fn(pred_y, test_y) test_total_loss += loss.item() batch_pred = torch.sigmoid(pred_y) pred_label = (batch_pred > 0.5) test_correct_count += (pred_label == test_y).sum().item() test_total_count += test_y.size(0) # 计算平均损失与准确率 train_avg_loss = train_total_loss / len(train_dataloader) test_avg_loss = test_total_loss / len(test_dataloader) train_acc = train_correct_count / train_total_count test_acc = test_correct_count / test_total_count print(f'训练集损失：{train_avg_loss:.4f}，训练集准确率：{train_acc:.4f}') print(f'验证集损失：{test_avg_loss:.4f}，验证集准确率：{test_acc:.4f}') # 记录日志 writer.add_scalar('loss/train', train_avg_loss, epoch) writer.add_scalar('loss/val', test_avg_loss, epoch) # 保存最优模型 if test_avg_loss < best_loss: best_loss = test_avg_loss torch.save(model, 'best_model.pt')

如下图可以看到，训练集准确率持续提升，但验证集在第 3 轮后损失上升，出现轻微过拟合，可通过调整 LSTM 层数、添加 dropout、降低学习率等方式优化。

六、模型预测

加载最优模型，实现交互式评论情感预测：

def predict(model, text): # 文本编码 text_encoded = tokenizer.encode(text, 128) # 转为张量并添加batch维度 text_tensor = torch.tensor(text_encoded, dtype=torch.long).unsqueeze(0).to(device) model.eval() with torch.no_grad(): pred_y = model(text_tensor) pred_prob = torch.sigmoid(pred_y) # 转为概率值 return pred_prob[0] # 加载模型 model = torch.load('best_model.pt').to(device) # 交互式预测 while True: input_text = input('请输入评论（输入q退出）：') if input_text == 'q': break pred_prob = predict(model, input_text) if pred_prob > 0.5: print(f'正向评论，概率：{pred_prob:.4f}') else: print(f'负向评论，概率：{pred_prob:.4f}')

如图，测试模型的效果

七、完整代码如下

# 导入依赖 import pandas as pd from sklearn.model_selection import train_test_split import torch import jieba from tqdm import tqdm from typing import List import json from torch.utils.data import Dataset, DataLoader from torch import nn,optim from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter data=pd.read_csv('./data/online_shopping_10_cats.csv') # 数据预处理 data.dropna(inplace=True) data.drop(columns=['cat'],inplace=True) # 去除空值 # 划分训练集和验证集 train_data,test_data=train_test_split(data,test_size=0.2,stratify=data['label']) class JieBaTokenizer: # 构建tokenizer unk_index=1 pad_index=0 def __init__(self,vocab_list): self.vocab_list=vocab_list self.vocab_size = len(vocab_list) self.world2index={value:index for index,value in enumerate(vocab_list)} self.index2world={index:value for index,value in enumerate(vocab_list)} @staticmethod def tokenize(text:str)->List[str]: return jieba.lcut(text.replace(' ','').strip()) def encode(self,text:str,seq_len:int)->List[int]: tokens=self.tokenize(text) tokens_index=[self.world2index.get(token,self.unk_index) for token in tokens] if len(tokens_index)>seq_len: tokens_index=tokens_index[:seq_len] return tokens_index else: need=seq_len-len(tokens_index) tokens_index.extend([self.pad_index for _ in range(need)]) return tokens_index @classmethod def build_vocab( cls,sentences:List[str], unk_token:str='<unknown>', pad_token:str='<padding>', vocab_path:str='./vocab.json' ): vocab_set=set() for sentence in tqdm(sentences,desc='构建词表：'): vocab_set.update(jieba.lcut(sentence.replace(' ',''))) vocab_list = [pad_token, unk_token] + sorted(list(vocab_set)) vocab_dict={index:value for index,value in enumerate(vocab_list)} with open(vocab_path,'w',encoding='utf-8') as f: json.dump(vocab_dict, f, ensure_ascii=False, indent=2) @classmethod def read_vocab(cls,vocab_path:str='./vocab.json'): with open(vocab_path,'r',encoding='utf-8') as f: json_dict=json.load(f) sentences=[value for key,value in json_dict.items()] return cls(sentences) # 根据词表 JieBaTokenizer.build_vocab(train_data['review'].tolist()) tokenizer=JieBaTokenizer.read_vocab(vocab_path='./vocab.json') print(tokenizer.vocab_size) train_data['review']=train_data['review'].apply(lambda x:tokenizer.encode(x,128)) test_data['review']=test_data['review'].apply(lambda x:tokenizer.encode(x,128)) train_data.to_json('train_data.jsonl',orient='records',lines=True) test_data.to_json('test_data.jsonl',orient='records',lines=True) # 根据Dataloader class CommentDataset(Dataset): def __init__(self, path): self.data = pd.read_json(path, orient='records', lines=True).to_dict(orient='records') def __len__(self): return len(self.data) def __getitem__(self, index): input_rensor = torch.tensor(self.data[index]['review'], dtype=torch.long) target_rensor = torch.tensor(self.data[index]['label'], dtype=torch.float32) return input_rensor, target_rensor train_dataset=CommentDataset('train_data.jsonl') test_dataset=CommentDataset('test_data.jsonl') train_dataloader=DataLoader(dataset=train_dataset,batch_size=16,drop_last=True) test_dataloader=DataLoader(dataset=test_dataset,batch_size=16,drop_last=True) # 构建LSTM模型 class Network(nn.Module): def __init__(self,vocab_size,padding_idx): super(Network,self).__init__() self.embeding=nn.Embedding( num_embeddings=vocab_size, embedding_dim=128, padding_idx=padding_idx ) self.lstm=nn.LSTM( input_size=128, hidden_size=256, num_layers=2, batch_first=True, bidirectional=False, ) self.linear = nn.Linear(in_features=256,out_features=1) def forward(self,x:torch.Tensor): embedding=self.embeding(x) output,(_hn,_cn)=self.lstm(embedding) #获取每个样本最后一个token真实的隐藏状态 batch_indexs=torch.arange(0,output.shape[0]) length=(x!=self.embeding.padding_idx).sum(dim=1) output=self.linear(output[batch_indexs,length-1]).squeeze(-1) return output writer=SummaryWriter('./logs') device='cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu' model=Network(vocab_size=tokenizer.vocab_size,padding_idx=0).to(device) # 训练配置 epochs=5 loss_fn=nn.BCEWithLogitsLoss() optimizer=optim.Adam(model.parameters(),lr=0.001) # 模型训练 best_loss=float('inf') for epoch in range(epochs): print(f'==========第{epoch+1}轮============') model.train() train_total_loss=0 train_total_count=0 train_correct_count=0 for train_x, train_y in tqdm(train_dataloader,desc='训练'): train_x, train_y = train_x.to(device), train_y.to(device) pred_y = model(train_x) loss = loss_fn(pred_y, train_y) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() train_total_loss += loss.item() batch_value=torch.sigmoid(pred_y) pred_label = (batch_value > 0.5) correct = (pred_label == train_y).sum().item() train_correct_count += correct train_total_count+=train_y.size(0) model.eval() test_total_loss = 0 test_total_count=0 test_correct_count=0 with torch.no_grad(): for test_x, test_y in tqdm(test_dataloader,desc='验证'): test_x, test_y = test_x.to(device), test_y.to(device) pred_y = model(test_x) loss = loss_fn(pred_y, test_y) test_total_loss += loss.item() batch_value=torch.sigmoid(pred_y) pred_label = (batch_value > 0.5) correct=(pred_label==test_y).sum().item() test_correct_count += correct test_total_count+=test_y.size(0) train_avg_loss=train_total_loss/len(train_dataloader) test_avg_loss=test_total_loss/len(test_dataloader) train_acc=train_correct_count/train_total_count test_acc=test_correct_count/test_total_count print(f'训练集损失为：{train_avg_loss:.4f}，训练集准确率为：{train_acc:.4f}，验证集损失为：{test_avg_loss:.4f}，验证集准确率为：{test_acc:.4f}') writer.add_scalar('loss/train', train_avg_loss, epoch) writer.add_scalar('loss/val', test_avg_loss, epoch) if test_avg_loss < best_loss: best_loss=test_avg_loss torch.save(model,'best_model.pt') # 模型测试 def predict(model,text): text=tokenizer.encode(text,128) text_tensor=torch.tensor(text,dtype=torch.long).unsqueeze(0).to('cuda') model.eval() with torch.no_grad(): pred_y=model(text_tensor) pred_label=torch.sigmoid(pred_y) return pred_label[0] model=torch.load('best_model.pt').to('cuda') while True: input_text=input('请输入你的评论：') if input_text=='q': break pred=predict(model,input_text) if pred>0.5: print(f'正向：{pred}') else: print(f'负向：{pred}')

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