隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model，HMM)是统计模型，它用来描述一个含有隐含未知参数的马尔可夫过程。其难点是从可观察的参数中确定该过程的隐含参数。然后利用这些参数来作进一步的分析，例如模式识别。
HMM中文分词原理： 对于一个词语，比如“我爱吃饭”，每个字有都对应的状态，状态一共四种：B、M、E、S。其中B表示开始，M表示中间，E表示结尾，S表示单独一个字。因此上述四个字的隐状态为：“BMME”。
使用hmmlearn实现中文分词，我们要解决的核心问题就是计算三大矩阵：初始概率矩阵、转移概率矩阵以及发射概率矩阵。
- 初始概率矩阵是一个1 X 4维的矩阵，我们用pi表示。pi[0]就是初始时B的概率，后面三个依次类推。怎么算这四个值呢？我们遍历训练集中每一个句子，如果该句子第一个词语长度大于等于2，那说明该句子是以B开头的，则pi[0] ；如果句子开头只有一个字，则pi[3] 。很显然，句子开头不可能是M或者E。遍历完之后，矩阵中每个数再除以所有数之和即可（算概率）。
- 转义概率矩阵A是一个4 X 4维的矩阵。A[0, 1]表示当前状态是B而下一状态是M的概率。具体计算方法：我们遍历所有句子，对每一个句子，我们找出B后面跟着的M的个数，以及B后面跟着的E的个数等等。遍历完成之后同样每一行除以该行总和。
- 发射概率矩阵B是一个4 X 65536（unicode）的矩阵。B[3, 25000]表示unicode编码为25000的汉字状态为B的概率。计算方式为：遍历训练集中每一个字，利用ord(x)返回编码，如果该字隐状态为B，则B[0, ord(x)] ，以此类推。最后同样每一行除以该行所有数据之和。当然，按理说也可以不用unicode编码，我刚开始是这样做的：找到所有汉字的集合（不重复），大概有25000的样子，然后从0-24999编号。但是这样做的话时间代价很大，直接计算ord(x)显然更快。
具体步骤
1.数据处理。读取txt文件，把每一个字的隐状态都表示出来：
代码语言：javascript复制def load_data():
data = open('HMM/TrainData.txt', encoding='utf-8')
file = []
for line in data.readlines():
file.append(line.strip().split(' '))
res = []
for i in range(len(file)):
for j in range(len(file[i])):
for k in range(len(file[i][j])):
res.append(file[i][j][k])
real_file = []
for i in range(len(file)):
x = []
for j in range(len(file[i])):
if len(file[i][j]) == 1:
x.append('S')
elif len(file[i][j]) == 2:
x.append('BE')
else:
str = 'B'
for k in range(len(file[i][j])-2):
str = 'M'
str = 'E'
x.append(str)
real_file.append(x)
return file, real_filefile表示所有词语的集合，是一个二维列表，每个列表表示一句话，每句话又被分成了词语。real_file与file一一对应，只不过是编码BMES的集合。
2.计算三大矩阵：
代码语言：javascript复制def hMM():
file, data = load_data() # lens表示一个出现了多少个字
# print(list_set)
states = ['B', 'M', 'E', 'S'] # 分别表示开始中间结尾以及单个字
A = np.zeros((4, 4))
B = np.zeros((4, 65536)) # 编码表示汉字
pi = np.zeros(4) # 初始状态
for i in range(len(data)):
if data[i][0][0] == 'B': # 开头只能是B或者S
pi[0] = 1
if data[i][0][0] == 'S':
pi[3] = 1
pi /= np.sum(pi) # 初始状态
for i in range(len(data)):
for j in range(len(data[i])):
for k in range(len(data[i][j])):
B[states.index(data[i][j][k]), ord(file[i][j][k])] = 1 # 隐状态为data[i][j][k]时对应汉字file[i][j][k]
if len(data[i][j]) == 1 and j 1 < len(data[i]):
if data[i][j 1][0] == 'B': # S后面接B
A[3, 0] = 1
if data[i][j 1][0] == 'S': # S后面接S
A[3, 3] = 1
continue
A[0, 1] = data[i][j].count('BM')
A[0, 2] = data[i][j].count('BE')
A[1, 2] = data[i][j].count('ME')
if j 1 < len(data[i]) and data[i][j 1][0] == 'B':
A[2, 0] = 1
if j 1 < len(data[i]) and data[i][j 1][0] == 'S':
A[2, 3] = 1
for i in range(4):
if np.sum(A[i]) != 0:
A[i] = A[i] / np.sum(A[i])
for i in range(4):
B[i] /= np.sum(B[i])3.模型训练
代码语言：javascript复制model = hmm.MultinomialHMM(n_components=len(states))
model.startprob_ = pi
model.emissionprob_ = B
model.transmat_ = A4.测试。对测试集中每一句话，对其中每一个字找到它的unicode码集合，然后利用上面训练好的模型对该集合进行解码。
代码语言：javascript复制if __name__ == '__main__':
print('请稍候...')
model = hMM()
dataset = []
data = open('HMM/TestData.txt', 'r ')
for line in data.readlines():
temp = line.strip().split('t')
file = []
for x in temp:
file.append(x)
dataset.append(file) #处理数据
data = np.array(dataset)
for k in range(4): #四句话
print('分词前：', str(data[k]))
datas = []
x = str(*data[k]) #变成字符串
for j in x:
datas.append(ord(j)) #寻找汉字的编码，进行decode
xd = np.asarray(datas).reshape(-1, 1)
pre = model.predict(xd)
final = []
for p, q in enumerate(pre):
if q == 0:
t = p
elif q == 2:
final.append(x[t:p 1])
elif q == 3:
final.append(x[p])
print("分词后:", '/'.join(final))
print('n')5.输出
代码语言：javascript复制分词前：['长春市长春节讲话。']
分词后: 长春/市长/春节/讲话/。
分词前：['他说的确实在理.']
分词后: 他/说/的/确实/在理
分词前：['我有一台电脑。']
分词后: 我有/一台/电脑/。完整代码
代码语言：javascript复制# -*- coding: utf-8 -*-
"""
@Time ：2021/1/2 16:27
@Author ：KI
@File ：HMM.py
@Motto：Hungry And Humble
"""
from hmmlearn import hmm
import numpy as np
def load_data():
data = open('HMM/TrainData.txt', encoding='utf-8')
file = []
for line in data.readlines():
file.append(line.strip().split(' '))
res = []
for i in range(len(file)):
for j in range(len(file[i])):
for k in range(len(file[i][j])):
res.append(file[i][j][k])
real_file = []
for i in range(len(file)):
x = []
for j in range(len(file[i])):
if len(file[i][j]) == 1:
x.append('S')
elif len(file[i][j]) == 2:
x.append('BE')
else:
str = 'B'
for k in range(len(file[i][j]) - 2):
str = 'M'
str = 'E'
x.append(str)
real_file.append(x)
return file, real_file
# 训练
def hMM():
file, data = load_data() # lens表示一个出现了多少个字
# print(list_set)
states = ['B', 'M', 'E', 'S'] # 分别表示开始中间结尾以及单个字
A = np.zeros((4, 4))
B = np.zeros((4, 65536)) # 编码表示汉字，不用顺序
pi = np.zeros(4) # 初始状态
for i in range(len(data)):
if data[i][0][0] == 'B': # 开头只能是B或者S
pi[0] = 1
if data[i][0][0] == 'S':
pi[3] = 1
pi /= np.sum(pi) # 初始状态
for i in range(len(data)):
for j in range(len(data[i])):
for k in range(len(data[i][j])):
B[states.index(data[i][j][k]), ord(file[i][j][k])] = 1 # 隐状态为data[i][j][k]时对应汉字file[i][j][k]
if len(data[i][j]) == 1 and j 1 < len(data[i]):
if data[i][j 1][0] == 'B': # S后面接B
A[3, 0] = 1
if data[i][j 1][0] == 'S': # S后面接S
A[3, 3] = 1
continue
A[0, 1] = data[i][j].count('BM')
A[0, 2] = data[i][j].count('BE')
A[1, 2] = data[i][j].count('ME')
if j 1 < len(data[i]) and data[i][j 1][0] == 'B':
A[2, 0] = 1
if j 1 < len(data[i]) and data[i][j 1][0] == 'S':
A[2, 3] = 1
for i in range(4):
if np.sum(A[i]) != 0:
A[i] = A[i] / np.sum(A[i])
for i in range(4):
B[i] /= np.sum(B[i])
# 训练模型
model = hmm.MultinomialHMM(n_components=len(states))
model.startprob_ = pi
model.emissionprob_ = B
model.transmat_ = A
return model
if __name__ == '__main__':
print('请稍候...')
model = hMM()
dataset = []
data = open('HMM/TestData.txt', 'r ')
for line in data.readlines():
temp = line.strip().split('t')
file = []
for x in temp:
file.append(x)
dataset.append(file) # 处理数据
data = np.array(dataset)
for k in range(4): # 四句话
print('分词前：', str(data[k]))
datas = []
x = str(*data[k]) # 变成字符串
for j in x:
datas.append(ord(j)) # 寻找汉字的编码，进行decode
xd = np.asarray(datas).reshape(-1, 1)
pre = model.predict(xd)
final = []
for p, q in enumerate(pre):
if q == 0:
t = p
elif q == 2:
final.append(x[t:p 1])
elif q == 3:
final.append(x[p])
print("分词后:", '/'.join(final))
print('n')
