R文本挖掘之tm包

tm包是R文本挖掘方面不可不知也不可不用的一个package。它提供了文本挖掘中的综合处理功能。如：数据载入，语料库处理，数据预处理，元数据管理以及建立“文档-词条”矩阵。
下面，即从tm包提供的各项功能函数的探索出发，一起开始我们的文本挖掘奇幻之旅。

首先，运行下面的几行代码，即可看到介绍tm包的小品文：Introduction to the tm Package:Text Mining in R（https://cran.r-project.org/web/packages/tm/vignettes/tm.pdf）.
install.packages("tm")

library(tm)

vignette("tm")

tm包重要函数初探


数据载入及语料库创建


载入数据的格式要求

tm包支持多种格式的数据。用getreaders()函数可以获得tm包支持的数据文件格式。

library(tm)

## Loading required package: NLP

getReaders()

##  [1] "readDOC"                 "readPDF"                
##  [3] "readPlain"               "readRCV1"               
##  [5] "readRCV1asPlain"         "readReut21578XML"       
##  [7] "readReut21578XMLasPlain" "readTabular"            
##  [9] "readTagged"              "readXML"

载入数据的方式


tm包中主要管理文件的数据结构称为语料库（Corpus），它表示一系列文档的集合。

语料库又分为动态语料库（Volatile Corpus）和静态语料库（Permanent Corpus）。

动态语料库将作为R对象保存在内存中，可以使用VCorpus()或者Corpus()生成。

而动态语料库则作为R外部文件保存，可以使用PCorpus()函数生成。

先来看一下VCorpus()函数的使用。

VCorpus(x, readerControl = list(reader = reader(x), language = "en"))

as.VCorpus(x)

第一个参数x即文本数据来源。对于as.VCorpus()中的x，指定的是一个R对象；对于VCorpus()，可以使用以下几种方式载入x。

    DirSource():从本地文件目录夹导入

    VectorSource():输入文本构成的向量

    DataframeSource():输入文本构成的data frame

对于第二个参数readerControl,即指定文件类型的对应的读入方式。默认使用tm支持的（即getReaders()中罗列的）一系列函数。language即文件的语言类型。似乎不能支持中文。这个问题稍后解释如何解决。

这里，使用tm包自带的一个数据集进行语料库创建的测试。

    DirSource()方式：

txt<-system.file("texts","txt",package = 'tm')

(docs<-Corpus(DirSource(txt,encoding = "UTF-8")))

## <<VCorpus>>
## Metadata:  corpus specific: 0, document level (indexed): 0
## Content:  documents: 5

    VectorSource()方式：

docs<-c("this is a text","And we create a vector.")

VCorpus(VectorSource(docs))

## <<VCorpus>>
## Metadata:  corpus specific: 0, document level (indexed): 0
## Content:  documents: 2

下面，导入一个数据集『冰与火之歌』全五部（没错，我就是来剧透的～～），作为后面练习的例子。

IceAndSongs<-VCorpus(DirSource(directory = "D:/my_R_workfile/RPROJECT/textming/data/IceAndSongs",encoding = "UTF-8"))

数据导出

将语料库导出至本地硬盘上，可以使用writeCorpus()函数.

writeCorpus(IceAndSongs,path = "D:/my_R_workfile/RPROJECT/textming/data/Corpus")

语料库的查看及提取

可以使用print()和summary()查看语料库的部分信息。而完整信息的提取则需要使用inspect()函数。

inspect(IceAndSongs[1:2])

## <<VCorpus>>
## Metadata:  corpus specific: 0, document level (indexed): 0
## Content:  documents: 2
##
## [[1]]
## <<PlainTextDocument>>
## Metadata:  7
## Content:  chars: 1745859
##
## [[2]]
## <<PlainTextDocument>>
## Metadata:  7
## Content:  chars: 2018112

文件太大，而没有打印出来。我们可以使用writeLines()函数进行完全打印查看。

writeLines(as.character(IceAndSongs[[1]]))

对于单个文档的提取，可以类型列表取元素子集一样使用 [[ 操作。

identical(IceAndSongs[[1]],IceAndSongs[["冰与火之歌1.txt"]])

## [1] TRUE

数据转换

创建好语料库之后，一般还需要做进一步的处理，如：消除空格（Whitespace）,大小写转换，去除停止词，词干化等。

所有的这些处理都可以使用tm_map()函数，通过map的方式将转化函数应用到每一个文档语料上。

消除空格

IceAndSongs<-tm_map(IceAndSongs,stripWhitespace)

去除数字

IceAndSongs<-tm_map(IceAndSongs,removeNumbers)

去除标点符号

IceAndSongs<-tm_map(IceAndSongs,removePunctuation)

大小写转换

IceAndSongs<-tm_map(IceAndSongs,tolower)

消除停止词

tm包中自带了停止词集。

IceAndSongs<-tm_map(IceAndSongs,removeWords,stopwords("english"))

当然，也可以指定你自己设定的停止词集,将stopwords("english")替换成你自己的停止词集对象即可。


词干化


词干化，即词干提取。指的是去除词缀得到词根的过程─—得到单词最一般的写法。

如以单复数等多种形式存在的词，或多种时态形式存在的同一个词，它们代表的其实是同一个意思。因此需要通过词干化将它们的形式进行统一。

tm_map(IceAndSongs,stemDocument)

## <<VCorpus>>
## Metadata:  corpus specific: 0, document level (indexed): 0
## Content:  documents: 5

去除特殊字符

for(i in seq(IceAndSongs)){
  IceAndSongs[[i]]<-gsub("/"," ",IceAndSongs[[i]])
  IceAndSongs[[i]]<-gsub("@"," ",IceAndSongs[[i]])
  IceAndSongs[[i]]<-gsub("-"," ",IceAndSongs[[i]])
}

过滤

过滤功能能够选择出符合我们需要的文档。

idx<-meta(IceAndSongs,"id") == "冰与火之歌1.txt"

IceAndSongs[idx]

也可以进行全文搜索匹配。如含有”winter is coming”的文档。

tm_filter(IceAndSongs,FUN = function(x){ any(grep("winter is coming",content(x)))})

元数据管理

元数据指的是对文档进行标签化的附加信息。可以通过meta()函数进行元数据管理。

DublinCore()函数提供了一套介于Simple Dublin Core元数据和tm元数据之间的映射机制，用于获得或设置文档的元数据信息。

DublinCore(IceAndSongs[[1]],tag = "creator") <- "R.R.Martin"

DublinCore(IceAndSongs[[1]])

meta(IceAndSongs[[1]])

以上操作示例主要是针对文档级别的元数据管理。而元数据标签其实对应了两个级别：

    整个语料库级别：文档的集合

    单个文档级别

而文档级别的标签，可以用于文档分类(classification)。

下面演示一下语料库级别的元数据管理。

meta(IceAndSongs,tag = "test",type = "corpus")<-"test meta"

meta(IceAndSongs,type = "corpus")

创建词条-文档矩阵

词条-文档矩阵是一个非常重要的对象，它是后续建立文本分类，文本聚类等模型的基础。

词条-文档矩阵指的是词条作为行，文档标签作为列的稀疏矩阵。当然，也可以建立“文档-词条矩阵”。对应的两个操作函数为：TermDocumentMatrix()和DocumentTermMatrix().

dtm<-DocumentTermMatrix(IceAndSongs)

inspect(dtm[1:5,100:105])

默认情况下，矩阵的元素是词的频率。而我们还有一个重要参数可以设置。可以将矩阵的元素转化为TF-IDF值。

dtm_2<-DocumentTermMatrix(IceAndSongs,
                        control = list(removePunctuation = TRUE,stopwords = FALSE,weighting =
              function(x)weightTfIdf(x,normalize = TRUE)))

inspect(dtm[1:5,10:15])
对文档词条矩阵操作
tm包提供的文档-词条矩阵操作有：词频过滤；词语之间的相关性计算；去除稀疏词等。
findFreqTerms(dtm,10)
findAssocs(dtm,"winter",0.5)
inspect(removeSparseTerms(dtm,0.4))
字典
字典是一个字符集。它可以作为一个控制参数传入DocumentTermMatrix(),从而选择我们需要的词条建立文档-词条矩阵。
inspect(DocumentTermMatrix(IceAndSongs,
                           list(dictionary = c("winter","power","ice"))))