【深度学习教程】Python 如何用 LSTM 做情感分析？小白也能上手！

【深度学习教程】如何用 LSTM 做情感分析？小白也能上手！

Hello 大家好，今天我们来聊一个超热门的话题——LSTM 网络在情感分析中的应用！想象一下，通过深度学习，你的代码可以读懂人类情绪，知道“我爱你”和“我讨厌你”的区别，是不是很酷？今天这篇文章，我会手把手教你从零开始，用 Python 和 Keras 实现一个基于 LSTM 的情感分析项目，新手小白也能看得懂！

LSTM 是深度学习里的一位“长跑选手”，尤其擅长处理文本序列数据，像语音识别、机器翻译、文本生成这些领域，它都能大显身手。这篇文章我会带你了解：

• LSTM 网络的基础原理；
• 如何用 LSTM 搭建情感分析模型；
• 数据预处理、训练和评估的完整流程。

一、LSTM 是什么？为什么它适合情感分析？

先来点“基础知识补课”。
LSTM，也就是 Long Short-Term Memory，是一种改良的循环神经网络（RNN）。普通的 RNN 很容易在长序列数据上“记不住”之前的信息，比如说，它看到了一句小说的前半段，但后半段完全忘了上下文。LSTM 的厉害之处在于它的结构——遗忘门、输入门和输出门——可以让它有效地保留长期记忆，还能屏蔽无关信息。

而情感分析呢，本质上就是一类序列数据的分类问题：从一段文本里分析它是正面的还是负面的情绪。LSTM 擅长处理这种数据，因为它不仅能记住单词，还能理解单词之间的关系和上下文含义。

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二、我们要实现什么？情感分析项目概述

在今天的项目中，我们会用 Keras 这个深度学习框架，基于一个叫做 IMDB 数据集 的经典数据集，搭建一个简单的 LSTM 模型。IMDB 数据集包含 50,000 条电影评论，每条评论都被标记为正面（1）或负面（0），这正好是我们情感分析模型的理想训练素材。

项目的主要步骤：

1. 数据加载与预处理：将文本数据转换为机器可读的格式；
2. LSTM 模型构建：设计一个简单的 LSTM 网络；
3. 模型训练与验证：让模型“学习”这些数据；
4. 模型评估与预测：检查模型效果并用它进行情感预测。

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三、项目环境准备

在正式开始之前，我们需要确保环境里安装了必要的工具。所需的库如下：

• TensorFlow：主框架，Keras 集成在其中；
• numpy：用于数组处理；
• matplotlib（可选）：用来画训练曲线。

安装命令：

pip install tensorflow numpy matplotlib

安装好之后，我们就可以开整啦！

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四、加载和预处理数据

在深度学习中，数据处理是第一步，也是最重要的一步。我们直接用 Keras 提供的 IMDB 数据集，它已经帮我们完成了分词和编号的工作，非常方便。

加载数据集

from tensorflow.keras.datasets import imdb
from tensorflow.keras.preprocessing.sequence import pad_sequences

# 定义参数
max_words = 10000  # 只保留数据集中最常见的 10,000 个单词
max_len = 200  # 每条评论截断或填充到 200 个单词

# 加载数据集
(x_train, y_train), (x_test, y_test) = imdb.load_data(num_words=max_words)

print(f"训练集样本数: {len(x_train)}, 测试集样本数: {len(x_test)}")

数据预处理

IMDB 数据集的每条评论已经转换成了一个整数序列，每个整数对应一个单词。我们需要将这些序列统一填充到 200 个单词的长度，这样才能输入到 LSTM 模型中。

# 填充序列
x_train = pad_sequences(x_train, maxlen=max_len)
x_test = pad_sequences(x_test, maxlen=max_len)

print(f"填充后的训练数据形状: {x_train.shape}")

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五、构建 LSTM 模型

网络架构

LSTM 模型的核心是：

1. 嵌入层（Embedding Layer）：将整数序列转换为稠密向量；
2. LSTM 层：学习序列数据的特征；
3. 全连接层（Dense Layer）：生成分类结果。

代码实现

from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Embedding, LSTM, Dense

# 定义模型
model = Sequential([
    Embedding(input_dim=max_words, output_dim=128, input_length=max_len),  # 嵌入层
    LSTM(128, dropout=0.2, recurrent_dropout=0.2),  # LSTM 层
    Dense(1, activation='sigmoid')  # 输出层
])

# 编译模型
model.compile(loss='binary_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])

# 输出模型结构
model.summary()

这个模型结构相当紧凑，非常适合新手入门。

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六、训练模型

我们定义训练的超参数：

• batch_size = 64：每次输入到模型的样本数；
• epochs = 5：训练的迭代次数。

开始训练：

history = model.fit(
    x_train, y_train, 
    batch_size=64, 
    epochs=5, 
    validation_split=0.2  # 20% 的训练数据用作验证集
)

训练完成后，Keras 会返回一个 history 对象，记录了每个 epoch 的训练损失和准确率。

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七、评估模型

训练完成后，我们可以在测试集上检查模型的表现。

# 在测试集上评估
test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test, y_test, verbose=2)
print(f"测试集准确率: {test_acc:.4f}")

如果测试集准确率超过 85%，说明模型已经表现不错啦！

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八、预测新评论的情感

模型训练完成后，我们可以用它对新评论的情感进行预测。假设我们有一条新评论：“The movie was fantastic and the acting was superb!”

预测代码：

from tensorflow.keras.preprocessing.text import Tokenizer

# 定义新评论
new_review = ["The movie was fantastic and the acting was superb!"]

# 将评论转为序列
tokenizer = Tokenizer(num_words=max_words)
tokenizer.fit_on_texts(new_review)
new_review_seq = tokenizer.texts_to_sequences(new_review)

# 填充序列
new_review_pad = pad_sequences(new_review_seq, maxlen=max_len)

# 预测情感
prediction = model.predict(new_review_pad)
print(f"情感预测: {prediction[0][0]:.4f}，(0 为负面，1 为正面)")

模型会输出一个概率值，接近 1 表示正面情感，接近 0 表示负面情感。

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九、项目优化建议

1. 使用双向 LSTM：通过双向 LSTM 同时捕捉前后文信息。
2. 引入预训练词向量：例如 GloVe，可以让模型更好地理解单词含义。
3. 增加数据增强：通过同义词替换、反义词生成等方法增加训练数据。

双向 LSTM 的代码示例：

from tensorflow.keras.layers import Bidirectional

model = Sequential([
    Embedding(input_dim=max_words, output_dim=128, input_length=max_len),
    Bidirectional(LSTM(128, dropout=0.2, recurrent_dropout=0.2)),
    Dense(1, activation='sigmoid')
])

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十、总结与展望

在本文中，我们从零开始实现了一个基于 LSTM 的情感分析项目，从数据预处理到模型训练和评估，覆盖了完整流程。这仅仅是情感分析的入门，未来你还可以探索更多高级技术，例如注意力机制、BERT 等预训练模型。

如果你觉得这篇教程对你有帮助，不要忘了点赞收藏！有任何问题也欢迎在评论区讨论，我们下期再见啦～