one-hot Embedding 理论知识详解 + 代码实操（为学习笔记模式，同时附完整代码）【独热向量编码】

本文主要是介绍one-hot Embedding 理论知识详解 + 代码实操（为学习笔记模式，同时附完整代码）【独热向量编码】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目标：使用one-hot Embedding 处理数据库查询语句，使其变成向量模式，以下为个人学习笔记和学习过程中用到的完整代码。

环境：腾讯云服务器 Linux系统（具体环境会在代码段前进行标注）

一、one-hot 理论基础

二、用 one-hot 处理句子？

三、用one-hot处理查询语句

四、如果我使用更长的查询语句呢？one-hot能处理吗？

4.1 字符型数据的单引号屏蔽问题

4.2 如何依次读取文件夹中的sql文件并进行编码

五、解决“如何依次读取文件夹中的sql文件并进行编码”问题

5.1 如何用Python读取sql文件

5.2 如何用Python遍历文件夹中的文件

5.3 用Python遍历文件夹中的sql文件并将它们变成向量形式

Bing! 任务完成！

六、one-hot的优缺点总结

6.1 优点

6.2 缺点

一、one-hot 理论基础

进行机器学习，就需要对数据的特征进行提取，但有些数据是离散非连续的，这个时候就需要将这些特征转换为向量形式。

one-hot向量编码，就是将每个特征都进行0 1 表示，具体的解说可以参看下面这篇文章，它描述得非常详细。

【one-hot理论详解】https://blog.csdn.net/qq_38651469/article/details/121100275

下面放入一段使用了one-hot 的简单代码（python版本3.7.0）

from sklearn import preprocessingenc = preprocessing.OneHotEncoder()
enc.fit([[0,0,3],[1,1,0],[0,2,1],[1,0,2]])array = enc.transform([[1,2,3]]).toarray()print(array)

【运行结果】

【解析】（都是自学的不一定对哈）

preprocessing.OneHotEncoder() 调用起One-hot

enc.fit([ ]) 传入了学习数据

enc.transform([1,2,3]) 得出了预测结果

二、用 one-hot 处理句子？

根据上面的实验，我做了进一步的测试，发现这种方法只能对数字特征进行编码，无法编译中英文，但我的目标是通过One-Hot编译查询语句，因此我的进阶学习路线为：用one-hot处理句子。

于是我找到了这篇文章：

【实现对文本的简单one-hot编码】https://blog.csdn.net/Einstellung/article/details/82865224?spm=1001.2014.3001.5506按照文章中所提到的，首先，使用one-hot对单词进行编码

from keras.preprocessing.text import Tokenizersamples = ['The cat sat on the mat.', 'The dog ate my homework.']tokenizer = Tokenizer(num_words=1000)  # i创建一个分词器（tokenizer），设置为只考虑前1000个最常见的单词tokenizer.fit_on_texts(samples)   # 构建索引单词sequences = tokenizer.texts_to_sequences(samples)   # 将字符串转换为整数索引组成的列表one_hot_results = tokenizer.texts_to_matrix(samples, mode='binary')
#可以直接得到one-hot二进制表示。这个分词器也支持除了one-hot编码外其他向量化模式
print(one_hot_results)# 这个one-hot-result就是向量表示word_index = tokenizer.word_index  # 得到单词索引
print('Found %s unique tokens.' % len(word_index))

【运行结果】（需要使用Keras框架）

【解析】

Keras框架自带One-hot编码方式，因此只给出要训练的语句就行了。

输出的三个东西分别是

①前面两个 0 1 向量序列是对

['The cat sat on the mat.', 'The dog ate my homework.']

的编码。

② “Found 9 unique tokens” 是指遇到了9个单词—— The出现两次所以选1个单词。

三、用one-hot处理查询语句

假设我有一个SQL查询语句如下：

SELECT MIN(mc.note) AS production_note,MIN(t.title) AS movie_title,
FROM company_type AS ct,info_type AS it,movie_companies AS mc,
WHERE ct.kind = 'production companies'AND it.info = 'top 250 rank'

那么我首先尝试将其放进Sample，代入Keras框架进行 one-hot向量表示

from keras.preprocessing.text import Tokenizersamples = ['SELECT MIN(mc.note) AS production_note FROM company_type AS ct', 'SELECT MIN(t.title) AS movie_title']tokenizer = Tokenizer(num_words=1000)  # i创建一个分词器（tokenizer），设置为只考虑前1000个最常见的单词tokenizer.fit_on_texts(samples)   # 构建索引单词sequences = tokenizer.texts_to_sequences(samples)   # 将字符串转换为整数索引组成的列表one_hot_results = tokenizer.texts_to_matrix(samples, mode='binary')
#可以直接得到one-hot二进制表示。这个分词器也支持除了one-hot编码外其他向量化模式
print(one_hot_results)# 这个one-hot-result就是向量表示word_index = tokenizer.word_index  # 得到单词索引
print('Found %s unique tokens.' % len(word_index))

可以看到的是——在这里，我将样本替换为了查询语句，实验结果证明，one-hot可以对其进行编码，并有效地查出了13个 “unique tokens”

【运行结果】

另，one-hot 似乎并不对标点符号进行编码

四、如果我使用更长的查询语句呢？one-hot能处理吗？

因为查询语句经常非常长，而且包含各种数据类型，不知道One-Hot能不能对这种混合数据模式进行编码，因此，下一步实验是——将sample里的查询语句加长

（大家可以在代码中看到，我已经将查询语句的长度加长到了一个变态的程度）

from keras.preprocessing.text import Tokenizersamples = ['SELECT MIN(mc.note) AS production_note, MIN(t.title) AS movie_title, FROM company_type AS ct, info_type AS it, WHERE ct.kind = production companies AND it.info = top 250 rank AND mc.note NOT LIKE %(as Metro-Goldwyn-Mayer Pictures)%']tokenizer = Tokenizer(num_words=1000)  # i创建一个分词器（tokenizer），设置为只考虑前1000个最常见的单词tokenizer.fit_on_texts(samples)   # 构建索引单词sequences = tokenizer.texts_to_sequences(samples)   # 将字符串转换为整数索引组成的列表one_hot_results = tokenizer.texts_to_matrix(samples, mode='binary')
#可以直接得到one-hot二进制表示。这个分词器也支持除了one-hot编码外其他向量化模式
print(one_hot_results)# 这个one-hot-result就是向量表示word_index = tokenizer.word_index  # 得到单词索引
print('Found %s unique tokens.' % len(word_index))

【运行结果】

————！！！ WARNING ! ! ! 下图高度密集！密恐患者速速撤离！————

就，跑也能跑，但向量也是真的大啊

此外，在运行的过程中遇到了两个问题，都是必须考虑的。

4.1 字符型数据的单引号屏蔽问题

在查询语句中经常会带有字符型的数据，这些数据的单引号会造成错误，导致部分数据无法录入。

因此，在对带有字符型数据的查询语句进行编码时，就必须先对这些双引号进行屏蔽。

4.2 如何依次读取文件夹中的sql文件并进行编码

在训练的过程中，势必不可能总是手动将查询语句替换进去，因此还涉及到一个如何用Python进行文件夹读取并代入的问题。

五、解决“如何依次读取文件夹中的sql文件并进行编码”问题

5.1 如何用Python读取sql文件

首先，拆解问题为：“如何用python读取sql文件”（先只读取一个文件，之后再尝试依次读取文件夹）

参考了下面这篇文章的做法：

【使用Python读取sql文件】https://blog.csdn.net/zyq_victory/article/details/90297701?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165595433116781818734050%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=165595433116781818734050&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~first_rank_ecpm_v1~pc_rank_34-5-90297701-null-null.142%5Ev20%5Epc_rank_34,157%5Ev15%5Enew_3&utm_term=%E5%A6%82%E4%BD%95%E7%94%A8python%E8%AF%BB%E5%8F%96sql%E6%96%87%E4%BB%B6&spm=1018.2226.3001.4187

根据服务器的路径，将代码改造如下：

# sql文件夹路径
sql_path = '/root/Liujq/a_onehot/onehot_data' + '/'# sql文件名， .sql后缀的
sql_file = '1a.sql'# 读取 sql 文件文本内容
sql = open(sql_path + sql_file, 'r', encoding='utf8')
sqltxt = sql.readlines()
# 此时 sqltxt 为 list 类型# 读取之后关闭文件
sql.close()# list 转 str
sql = "".join(sqltxt)# 输出一下看看能不能完整地读出来
print(sql)

可以，能读得出来：

5.2 如何用Python遍历文件夹中的文件

然后，尝试将文件夹里的所有sql文件依次读出（下面这个代码只能读取出文件名，就是看看能不能读）

import ospath = '/root/Liujq/a_onehot/onehot_data'
for filename in os.listdir(path): #读取Path路径下的文件名print(filename)

5.3 用Python遍历文件夹中的sql文件并将它们变成向量形式

import os
from keras.preprocessing.text import Tokenizerpath = '/root/Liujq/a_onehot/onehot_data/'
for filename in os.listdir(path): #读取Path路径下的文件，此时文件名是指针形式。print(filename)# 读取 sql 文件文本内容sql = open(path + filename, 'r', encoding='utf8')sqltxt = sql.readlines()# 此时 sqltxt 为 list 类型# 读取之后关闭文件sql.close()# list 转 strsql = "".join(sqltxt) #得到str形式的sql文件内容# 将sql内容放进要被转换的samples里samples = [sql]tokenizer = Tokenizer(num_words=1000)  # i创建一个分词器（tokenizer），设置为只考虑前1000个最常见的单词tokenizer.fit_on_texts(samples)  # 构建索引单词sequences = tokenizer.texts_to_sequences(samples)  # 将字符串转换为整数索引组成的列表one_hot_results = tokenizer.texts_to_matrix(samples, mode='binary')# 可以直接得到one-hot二进制表示。这个分词器也支持除了one-hot编码外其他向量化模式print(one_hot_results)  # 这个one-hot-result就是向量表示word_index = tokenizer.word_index  # 得到单词索引print('Found %s unique tokens.' % len(word_index))print('==============================================================')

Bing! 任务完成！

代码确实能用，就是输出效果过于密恐，不给大家展示了hhh

六、one-hot的优缺点总结

总结来自这篇文章：

one-hot编码优缺点分析https://blog.csdn.net/qq_38651469/article/details/121100275?spm=1001.2014.3001.5506

6.1 优点

(1) 解决了分类器不好处理离散数据的问题。

a. 欧式空间。在回归，分类，聚类等机器学习算法中，特征之间距离计算或相似度计算是非常重要的，而我们常用的距离或相似度的计算都是在欧式空间的相似度计算，计算余弦相似性，基于的就是欧式空间。

b. one-hot 编码。使用 one-hot 编码，将离散特征的取值扩展到了欧式空间，离散特征的某个取值就对应欧式空间的某个点。将离散型特征使用 one-hot 编码，确实会让特征之间的距离计算更加合理。

(2) 在一定程度上也起到了扩充特征的作用。

6.2 缺点

在文本特征表示上有些缺点就非常突出了。

(1) 它是一个词袋模型，不考虑词与词之间的顺序（文本中词的顺序信息也是很重要的）；

(2) 它假设词与词相互独立（在大多数情况下，词与词是相互影响的）；

(3) 它得到的特征是离散稀疏的 (这个问题最严重)。

上述第3点展开：
(1) 为什么得到的特征是离散稀疏的？

例如，如果将世界所有城市名称作为语料库的话，那这个向量会过于稀疏，并且会造成维度灾难。如下：

杭州 [0,0,0,0,0,0,0,1,0,……，0,0,0,0,0,0,0]
上海 [0,0,0,0,1,0,0,0,0,……，0,0,0,0,0,0,0]
宁波 [0,0,0,1,0,0,0,0,0,……，0,0,0,0,0,0,0]
北京 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,……，1,0,0,0,0,0,0]

在语料库中，杭州、上海、宁波、北京各对应一个向量，向量中只有一个值为1，其余都为0。

(2) 能不能把词向量的维度变小呢？

a) Dristributed representation：

可以解决 One hot representation 的问题，它的思路是:

1. 通过训练，将每个词都映射到一个较短的词向量上来。

2. 所有的这些词向量就构成了向量空间，

3. 进而可以用普通的统计学的方法来研究词与词之间的关系。

这个较短的词向量维度是多大呢？这个一般需要我们在训练时自己来指定。

b) 举例：

1. 比如将词汇表里的词用 "Royalty", "Masculinity", "Femininity" 和 "Age" 4个维度来表示，King 这个词对应的词向量可能是 (0.99,0.99,0.05,0.7)。