Generando letras de tango automáticamente. Episodio 1.

10 Nov 2018

El problema

La idea de este post es simple: generar una red neuronal que pueda generar de forma (casi) autónoma letras de tango. Nada extremadamente innovador. Hay toneladas de intentos (con diferente grado de éxito) de entrenar computadoras para que generen texto de forma automática.

Solamente por citar algunos -se pueden encontrar muchas más solamente googleando “LSTM text generation”:

En general hay bastante en idioma inglés… en castellano parece haber bastante menos. Y sobre tango muuucho menos aún. Es así que nuestra idea es tomar como input el scrap de letras de tango que hicimos hace un tiempito y ver si es posible utilizarlo como insumo. Ahora bien, teniendo en cuenta el tipo de datos que tenemos (texto) y su cantidad (algo así como 5MB de strings) lo más razonable sería pensar en algún esquema de redes neuronales.

Ahora bien, podemos pensar un texto como compuesto de diferentes elementos según el nivel de “agregación” que querramos usar: párrafos, oraciones, palabras, caracteres. De hecho, un texto es una secuencia de esos elementos, en el sentido en que el orden de esos elementos es importante: el orden de los caracteres hacen palabras y cambiándolos obtenemos una palabra distinta (o una secuencia sin sentido).

La técnica - LSTM Neural Networks

De hecho, lo que vamos a buscar es tratar de predecir cada cararcter de una palabra a partir de una ventana de caracteres anteriores. Esto hace que el uso de las Feed Forward Neural Networks no sean buenas para este tipo de tareas. En general, este tipo de problemas se encaran con Recurrent Neural Networks, que son redes neuronales con una especie de “loop” que les permite captar información proveniente de secuencias. Es más, vamos a usar una variante especial de las RNN, llamadas, Long-Short Term Memory (LSTM) Neural Networks que permiten solucionar ciertos problemas con el “flujo” de la información a lo largo de la red y la llamada “dependencia a largo plazo”.

Vamos a utilizar una arquitectura de red que consta de las siguientes capas:

-LSTM_1 de 128 neuronas -Dropout_1 del 50% -para regularizar- -LSTM_2 de 128 neuronas -Dropout_2 del 50% -para regularizar- -Fully Connected, con función de activación ‘softmax’

El optimizador es RMSprop con una learning rate de 0.005.

Una muy linda, pedagógica y didáctica explicación de este tipo de redes neuronales es la de Chris Olah. Para una explicación un poco más formales pueden ver EL libro de Deep Learning.

El procesamiento

Vamos a dejar para el episodio 2 los pormenores del código para entrenar el modelo propiamente dicho. En este post queríamos centrar la mirada en la estructura de datos que vamos a utilizar. Pueden consultar el notebook completo acá.

Vale la cita para Chollet (autor de este otro librazo) y del framework Keras, del cual tomamos -y fuimos modificando- parte del código.

path = './gdrive/My Drive/Notebooks/RNN Tango/data/V2letras.txt'
with open(path, encoding='utf-8') as f:
    text_orig = f.read().lower()

El archivo de input, entonces, es básicamente un gran string. Tenemos que formatearlo para que pueda ser un insumo a la red. Lo primero que tenemos que generar es un mapeo de cada caracter a un entero. Es decir, codificar cada uno de los 39 caracteres que se combinan para configurar los 5MB de texto a un entero entre 0 y 39. Y luego un diccionario que revierta esta codificación, es decir, que nos permita ir de los códigos a los caracteres.

print('corpus length:', len(text))

chars = sorted(list(set(text)))
print('total chars:', len(chars))
char_indices = dict((c, i) for i, c in enumerate(chars))
indices_char = dict((i, c) for i, c in enumerate(chars))

Ahora bien, lo que vamos a hacer es generar dos objetos a partir de este bloque de texto:

  1. que va a ser el input de la red y va a consistir en un conjunto de secuencias parcialmente superpuesat de 60 caracteres; es decir, vamos a partir el texto en “pads” o en “tokens” de 128 caracteres.
  2. va a ser el caracter siguiente de cada una de las tokens de

Es decir, que vamos a querer predecir el caracter 61 a partir de los 60 previos.

maxlen = 40
step = 3
sentences = []
next_chars = []
for i in range(0, len(text) - maxlen, step):
    sentences.append(text[i: i + maxlen])
    next_chars.append(text[i + maxlen])
print('nb sequences:', len(sentences))

print('Vectorization...')
x = np.zeros((len(sentences), maxlen, len(chars)), dtype=np.bool)
y = np.zeros((len(sentences), len(chars)), dtype=np.bool)
for i, sentence in enumerate(sentences):
    for t, char in enumerate(sentence):
        x[i, t, char_indices[char]] = 1
    y[i, char_indices[next_chars[i]]] = 1

Algunos resultados preliminares

Vamos a meternos en detalle sobre el proceso de entrenamiento (que al momento de redactar este episodio iba por la iteración 20, aproximadamente, de 60, luego de aproximadamente 5 horas de entrenamiento). No obstante podemos ver algunos outputs (y con esto cerramos el post) en diferentes estadíos del aprendizaje.

Evolución de la accuracy de la LSTM en las primeras epochs

acc

Puede verse que se nota una tendencia al incremento de esta métrica, aunque parece amesetarse.

Los versos que estan entre comillas son los “generadores”: están extraidos aleatoriamente de los tokes originales. La idea es que funcionen como una primera secuencia de caracteres para que la red pueda ir prediciendo desde ahí el resto. Hemos generado 400 caracteres a partir de estos generadores:

Epoch 0

—– Generating with seed: “[s]eguidor por la sangre de mi viejo sali” eguidor por la sangre de mi viejo salis se para ma mas al canta con la para a el canta que es el cara al con el alma canta en el carta con la para a la vida en la para en el parte al para en la canta y al vanda man a alma a mi alma y en la manta en la carca que con la tando en la para canta en el para me alma la la amor que en la mante en la para para amor en la para y en la tango en la mar no es el

Epoch 11

—– Generating with seed: “ y santa fe y asi como en pleno mate” y santa fe y asi como en pleno mate de la cara mi amor a se amor de amor y el cara de la vida que esta se alegria y en la para de la mana se la destere y se dista la cara si esta siempre mi corazon y en la vida te diste con el cara de la cantar y te alegre se amor son la vida de mi corazon a la mana como el cara y en la vida se amor de la amor si me siento a la muerte de la ver y a la para de la vi

Epoch 15

—– Generating with seed: “ tuco paz sera porque me acune en tu” tuco paz sera porque me acune en tu corazon se el desde su para y en tu vida de tu corazon y el perdido en la mano con la corazon y el canto en la para en la canto de la vida de mi para te destente de tu camino de su alma mas el corazon y en la mano de la alma y te de al perder es el amor con la para se amor de la vida y en el canto el corazon y en el corazon te viento de la perdida y el canto el

Puede verse que a medida que el entrenamiento avanza parece cometer menos “errores” de escritura y ortografía. Aún así, no apredió todavía perfectamente a coordinar artículo con género de las palabras y tampoco parece haber logrado generar estructuras sintácticas demasiado complejas en los versos…

En el próximo episodio ahondaremos en el proceso y el código para el entrenamiento.