Skip to content

[Python] wordcloud 模組使用 mask 生成特定形狀、顏色

wordcloud 是個 Python 中用於產生文字雲的模組，之前我也簡單地寫過該怎麼使用這個套件來製作文字雲。不過今天我更進一步地研究了設定 wordcloud 依照不同的『圖片遮罩』來產生不同形狀的文字雲、甚至控制文字雲的顏色。

最上方的示意圖我是從官方 Github 上的範例圖片載下來當作遮罩圖片的，老實說示範效果這張真的相當漂亮。至於文字的部份我全部都是從我自己寫過的 Blog 文章中複製出來的。

那麼，以下我就來簡單紀錄該如何使用 wordcloud 這個方便的套件吧！

準備工作

若是環境中沒有 wordcloud 和 Jieba (方便快速的斷詞工具) 的話，我們需要使用以下指令安裝：

pip3 install wordcloud
pip3 install jieba

接下來，我們也需要有足夠文字量的文本，這才能用於製造文字雲所需要的詞彙。在這裡，我提供我 Blog 的文章。

text = """
在我的筆電鍵盤上，F11 和 F12 一直都是調整螢幕亮度的快捷鍵，就像下面這張圖片一樣：
不過這個圖示好看歸好看，但是在我的筆電上從來都沒辦法用他們來調整螢幕亮度 (正常的 F11、F12 功能還是可以用)。為了保險起見，我還使用 xev 測試看看有沒有抓到 Keycode，不過自然是抓得到的。
今天想要紀錄的就是，我如何將這兩個按鍵設置為調整螢幕亮度的快捷鍵，搞不好會有一樣問題的人可以參考看看。
在我的系統上，我的亮度設定是位於 “/sys/class/backlight/intel_backlight/” 這個路徑底下。你的路徑可能與我不同，不過大致上都會在 “/sys/class/backlight/” 底下。
其中，max_brightness 是我系統上可以設定的亮度最大值，為 120000；brightness 則是我系統當前設定的值，只要更動這個檔案內的數值，我電腦螢幕的亮度也會隨之改變。
所以要做的第一件事情，就是將 brightness 這份檔案設定權限，讓我可以在一般模式時就能寫入它。
若是我要減少亮度，我可以使用以下指令：
若是我要提昇亮度，則就將 “-” 換成 “+” 即可。
確認這兩個指令沒有問題，就可以將其設定為快捷鍵了。
其實設定快捷鍵也是相當簡單，在此我簡單做個示範、不過大部份桌面環境設定快捷鍵的方式都大同小異。
基本上，搜尋 “Shortcut”，應該就能直接找到設定快捷鍵的地方。
設定快捷鍵有三個參數要填入： Name、Command、Shortcut。
Name: 無所謂，填入喜歡的名稱即可
Command: 填入上方調整螢幕亮度的指令
Shortcut: 按下你想要的快捷鍵，以我這裡為例便是 F11、F12
完成設置後，我就能成功假裝我的按鍵是正常可以用的了 XDD
在 Python 中，我們若是想要將一段文本依照『特定字元』來切割，讓文本變成一段段的 List 資料型態儲存著，我們可以簡單地使用 split() 這個函式來完成。
而 splitlines() 這個函式與 split() 非常相像，不過 splitlines() 是專門處理換行符號的，並且在處理時還能選擇是否保留著換行符號，非常好用。
假設我們有著以下這樣的文本：
假設我們想要以空格符號 ” ” 為切割點，我們得到的結果應如下：
for word in text.split():
    print(word)
Output:
除了預設的以『空格符號』切割外，我們也可以自己選擇換行符號 “\n” 來進行切割。
Today is a nice day.
This is a good day.
Hello! How are you?
不過在以換行符號 “\n” 切割的時候，split() 是沒有比 splitlines() 方便的，以下我們就來看看 splitlines() 的範例。
splitlines() 比 split() 優秀的地方在於，我們的文本中很有可能並不僅僅只存在著 “\n” 這樣單純的換行， “\r”、”\r\n”、”\n” 等等也都會被視作換行。
根據我的經驗，同時考慮 “\r”、”\r\n”、”\n” 三種情況的切割點效果比較好，畢竟不會出現應該換行卻沒有被切割的句子。
同時，splitlines() 還可以透過 keepends 參數決定是否在輸出結果中保留『換行符號』，在某些情況是非常有用的。
'\n'
'Today is a nice day.\n'
'This is a good day.\n'
'Hello! How are you?\n'
這裡我使用了 pprint 來顯示換行符號。值得一提的是 keepends 若為 True 表示保留換行符號；反之，則不保留。
使用 FastText 訓練詞向量
FastText 是由 Facebook AI Research Lab (FAIR) 所開發的『詞嵌入』以及『文本分類』，支援 294 種語言，並且使用類神經網路訓練詞嵌入模型。
基本上 FastText 的演算法是基於以下這兩篇論文：
Enriching Word Vectors with Subword Information
Bag of Tricks for Efficient Text Classification
不過介紹了這麼多，今天我主要的目的是要介紹如何在 Python 中透過 Gensim 套件快速地調用 FastText 訓練一個 Word Embedding 的模型。基本上流程都與 Gensim 中本來訓練 Word2Vec 極度相像。
以下就直接來看程式碼。值得一提的是，由於我之前寫過使用 Gensim 訓練 Word2Vec 模型，所以有部份相同的流程我是直接從那邊抄來的 XDD
安裝 Gensim
首先，如果你的環境裡沒有 Gensim，使用以下指令安裝：
pip3 install gensim
Python is the most popular programming language!
前言
FastText 是由 Facebook AI Research Lab (FAIR) 所開發的『詞嵌入』以及『文本分類』，支援 294 種語言，並且使用類神經網路訓練詞嵌入模型。
基本上 FastText 的演算法是基於以下這兩篇論文：
Enriching Word Vectors with Subword Information
Bag of Tricks for Efficient Text Classification
不過介紹了這麼多，今天我主要的目的是要介紹如何在 Python 中透過 Gensim 套件快速地調用 FastText 訓練一個 Word Embedding 的模型。基本上流程都與 Gensim 中本來訓練 Word2Vec 極度相像。
以下就直接來看程式碼。值得一提的是，由於我之前寫過使用 Gensim 訓練 Word2Vec 模型，所以有部份相同的流程我是直接從那邊抄來的 XDD
安裝 Gensim
首先，如果你的環境裡沒有 Gensim，使用以下指令安裝：
pip3 install gensim
下載 WIKI 語料
這裡以 Wiki 上的中文資料為訓練語料，Wiki 上的資料可是相當優秀的。不僅量多、而且詞彙涵蓋範圍廣，可以應用在許多不同的任務上。
可以從這個網址找到下載處：https://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E4%B8%8B%E8%BD%BD
進入之後可以直接選擇一個日期，那是不同時間點的資料備份。
比如說我選擇了 20200101 這個時間點的資料，那麼，我要下載的資料則為：zhwiki-20200101-pages-articles-multistream.xml.bz2
要注意的是，你的日期可能與我不同，不過同樣都是這份檔案。
下載之後不用解壓縮，可以使用 Gensim 裡的工具直接提取文章。
WikiCorpus
WikiCorpus 是 Gensim 裡面的一個模組，專門用於清理 Wiki 資料庫中語料不必要的標籤，使其恢復成乾淨的文本。
# coding: utf-8
Extracted the content in the wiki_database
from gensim.corpora import WikiCorpus
# Load data
wiki_corpus = WikiCorpus('../data/zhwiki-latest-pages-articles-multistream.xml.bz2', dictionary={})
# Save data
with open('wiki_text.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    print('Start to preprocess.')
    for times, text in enumerate(wiki_corpus.get_texts()):
        f.write(' '.join(text)+'\n')
        if (times+1) % 10000 == 0:
            print(times+1)
順帶一提，WikiCorpus() 函式當中的路徑為我下載的語料資料，你的名稱可能與我不同、也需要對應到你下載的路徑。
儲存之後的效果應如下：
斷詞
『斷詞』這項工作指的是文本分成以『詞』為單位的句子。斷詞的工具有很多種，基本上可以參考我之前寫過的：
NLP 繁體中文斷詞的霸主 —— CKIP
NLP 中文斷詞最方便的開源工具之一 —— Jieba
中文自然語言分析的工具包 —— THULAC
多功能的自然語言處理工具 —— HanLP
如果想要對繁體中文斷詞效果最好，首推 CKIP；如果是要斷詞速度的話，那非 Jieba 莫屬。在這裡以 Jieba 示範。
（註：Wiki 的資料當中許多地方是簡繁混雜的，可以考慮使用 OpenCC 這項工具來轉換。詳細的作法可以參閱我之前撰寫過的《中文繁簡轉換的便利工具 —— OpenCC》）
# coding: utf-8
Tokenize
import jieba
from opencc import OpenCC
# Initial
cc = OpenCC('s2t')
# Tokenize
with open('wiki_text_seg.txt', 'w', encoding='utf-8') as new_f:
    with open('wiki_text.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        for data in f:
            data = cc.convert(data)
            data = jieba.cut(data)
            data = [word for word in data if word != ' ']
            data = ' '.join(data)

            new_f.write(data)
斷詞結果展示如下：
歐幾
裏
得
西元前
三世
紀的
古希臘
數學家
現在
被
認為
是
幾何
之父
此畫
為拉斐爾
的
作品
雅典
學院
數學
是
利用
…
最後，終於來到呼叫 FastText 來訓練模型了。
使用 FastText 訓練模型
# coding: utf-8
from gensim.models import word2vec, fasttext
# Settings
seed = 666
sg = 0
window_size = 10
vector_size = 100
min_count = 1
workers = 8
epochs = 5
batch_words = 10000
# Train
train_data = word2vec.LineSentence('wiki_text_seg.txt')
model = fasttext.FastText(
    train_data,
    min_count=min_count,
    size=vector_size,
    workers=workers,
    iter=epochs,
    window=window_size,
    sg=sg,
    seed=seed,
    batch_words=batch_words,
)
model.save('fasttext.model')
這裡也解釋一下模型中各個參數的意義：
seed： 亂數種子
sg： Word2Vec 有兩種算法，CBOW 以及 Skip-gram，這裡選擇了訓練比較快的 CBOW
window_size： 周圍詞彙要看多少範圍
size： 轉成向量的維度
min_count： 詞頻少於 min_count 之詞彙不會參與訓練
workers： 訓練的並行數量
iter： 訓練的迭代次數
batch_words：每次給予多少詞彙量訓練
訓練結束以後，我將模型儲存為 “fasttext.model”。
測試模型效果
# coding: utf-8
Test the w2v model
from gensim.models import word2vec
# Load the model
model = word2vec.Word2Vec.load('models/fasttext.model')
# Test
print(model['生物'].shape)
for item in model.most_similar('生物'):
print(item)
model.save('fasttext.model')
Output:
(100,)
('若好', 0.9359757900238037)
('身半', 0.9298930764198303)
('過金', 0.9281899929046631)
('低等生物', 0.9252755641937256)
('腐生物', 0.9232699275016785)
('過金魅', 0.9228056073188782)
('生物能', 0.9225305914878845)
('捉酸蟲', 0.9221773743629456)
('非生物', 0.9185526371002197)
('過金貝', 0.9147799015045166)
不知道是不是我的錯覺，我覺得 Gensim 訓練 Word2Vec 模型感覺效果比較好。
"""



有點長，抱歉啦。

產生出經典的文字雲

首先，我們來產生一張經典的文字雲吧！

# coding: utf-8
"""
Rewritten from Github
"""
import jieba
import matplotlib.pyplot as plt
from wordcloud import WordCloud


# Load
text = """..."""


# Tokenize
text = ' '.join(jieba.cut(text))


# WordCloud
wc = WordCloud(max_words=2000,
               font_path='fonts/DFXingKaiStd-W5.otf',
               max_font_size=40,
               background_color='white',
               random_state=42,
               relative_scaling=0)

wc.generate(text)


# Plot
plt.figure()
plt.axis('off')
plt.imshow(wc)
plt.show()



Output:

這裡說明一下： text = “””…””” 的部份為上方我獻醜提供的文本，然後我將其斷詞並以空白隔開，好用於 wordcloud 生產文字雲。由於是中文，我們需要指定我們想要使用的字體。

那麼，這就是經典的文字雲樣式。

使用遮罩圖片產生特定形狀的圖片

要做測試的話，建議取得 Github 上的範例圖片：https://github.com/amueller/word_cloud/blob/master/examples/parrot-by-jose-mari-gimenez2.jpg?raw=true

這張照片非常好看！也相當適合用於 wordcloud 的 DEMO。

當然，如果你想要套用在自己想要的形狀上，那麼你也可以準備一張黑色背景的 JPG 圖檔。

# coding: utf-8
"""
Rewritten from Github
"""
import jieba
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from PIL import Image
from wordcloud import WordCloud
from scipy.ndimage import gaussian_gradient_magnitude


# Load
text = """..."""


# Tokenize
text = ' '.join(jieba.cut(text))


# Mask image
mask_color = np.array(Image.open('pic/parrot-by-jose-mari-gimenez2.jpg'))
mask_color = mask_color[::3, ::3]
mask_image = mask_color.copy()
mask_image[mask_image.sum(axis=2) == 0] = 255


# Edge detection
edges = np.mean([gaussian_gradient_magnitude(mask_color[:, :, i]/255., 2) for i in range(3)], axis=0)
mask_image[edges > .08] = 255


# WordCloud
wc = WordCloud(max_words=2000,
               mask=mask_image,
               font_path='fonts/DFXingKaiStd-W5.otf',
               max_font_size=40,
               random_state=42,
               relative_scaling=0)

wc.generate(text)


# Plot
plt.figure()
plt.axis('off')
plt.imshow(wc)
plt.show()



Output:

這張我們只取了圖片遮罩的形狀，其實我們還可以進一步產生跟原圖相近的顏色哦。

使用遮罩圖片產生特定形狀、相似顏色的文字雲

基本概念便是使用 wordcloud 的 ImageColorGenerator() 函式產生新的圖片顏色，並賦予 wordcloud。

# coding: utf-8
"""
Rewritten from Github
"""
import jieba
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from PIL import Image
from wordcloud import WordCloud, ImageColorGenerator
from scipy.ndimage import gaussian_gradient_magnitude


# Load
text = """..."""


# Tokenize
text = ' '.join(jieba.cut(text))


# Mask image
mask_color = np.array(Image.open('pic/parrot-by-jose-mari-gimenez2.jpg'))
mask_color = mask_color[::3, ::3]
mask_image = mask_color.copy()
mask_image[mask_image.sum(axis=2) == 0] = 255


# Edge detection
edges = np.mean([gaussian_gradient_magnitude(mask_color[:, :, i]/255., 2) for i in range(3)], axis=0)
mask_image[edges > .08] = 255


# WordCloud
wc = WordCloud(max_words=2000,
               mask=mask_image,
               font_path='fonts/DFXingKaiStd-W5.otf',
               max_font_size=40,
               random_state=42,
               relative_scaling=0)

wc.generate(text)


# Create coloring from image
image_colors = ImageColorGenerator(mask_color)
wc.recolor(color_func=image_colors)


# Plot
plt.figure()
plt.axis('off')
plt.imshow(wc)
plt.show()



Output:

如何，相當漂亮吧？

References

Read More

Tags:

Leave a Reply