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# 토큰 분류[[token-classification]]

[[open-in-colab]]

<Youtube id="wVHdVlPScxA"/>

토큰 분류는 문장의 개별 토큰에 레이블을 할당합니다. 가장 일반적인 토큰 분류 작업 중 하나는 개체명 인식(Named Entity Recognition, NER)입니다. 개체명 인식은 문장에서 사람, 위치 또는 조직과 같은 각 개체의 레이블을 찾으려고 시도합니다.

이 가이드에서 학습할 내용은:

1. [WNUT 17](https://huggingface.co/datasets/wnut_17) 데이터 세트에서 [DistilBERT](https://huggingface.co/distilbert/distilbert-base-uncased)를 파인 튜닝하여 새로운 개체를 탐지합니다.
2. 추론을 위해 파인 튜닝 모델을 사용합니다.

<Tip>

이 작업과 호환되는 모든 아키텍처와 체크포인트를 보려면 [작업 페이지](https://huggingface.co/tasks/token-classification)를 확인하는 것이 좋습니다.

</Tip>

시작하기 전에, 필요한 모든 라이브러리가 설치되어 있는지 확인하세요:

```bash
pip install transformers datasets evaluate seqeval
```

Hugging Face 계정에 로그인하여 모델을 업로드하고 커뮤니티에 공유하는 것을 권장합니다. 메시지가 표시되면, 토큰을 입력하여 로그인하세요:

```py
>>> from huggingface_hub import notebook_login

>>> notebook_login()
```

## WNUT 17 데이터 세트 가져오기[[load-wnut-17-dataset]]

먼저 🤗 Datasets 라이브러리에서 WNUT 17 데이터 세트를 가져옵니다:

```py
>>> from datasets import load_dataset

>>> wnut = load_dataset("wnut_17")
```

다음 예제를 살펴보세요:

```py
>>> wnut["train"][0]
{'id': '0',
 'ner_tags': [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 7, 8, 8, 0, 7, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 'tokens': ['@paulwalk', 'It', "'s", 'the', 'view', 'from', 'where', 'I', "'m", 'living', 'for', 'two', 'weeks', '.', 'Empire', 'State', 'Building', '=', 'ESB', '.', 'Pretty', 'bad', 'storm', 'here', 'last', 'evening', '.']
}
```

`ner_tags`의 각 숫자는 개체를 나타냅니다. 숫자를 레이블 이름으로 변환하여 개체가 무엇인지 확인합니다:

```py
>>> label_list = wnut["train"].features[f"ner_tags"].feature.names
>>> label_list
[
    "O",
    "B-corporation",
    "I-corporation",
    "B-creative-work",
    "I-creative-work",
    "B-group",
    "I-group",
    "B-location",
    "I-location",
    "B-person",
    "I-person",
    "B-product",
    "I-product",
]
```

각 `ner_tag`의 앞에 붙은 문자는 개체의 토큰 위치를 나타냅니다:

- `B-`는 개체의 시작을 나타냅니다.
- `I-`는 토큰이 동일한 개체 내부에 포함되어 있음을 나타냅니다(예를 들어 `State` 토큰은 `Empire State Building`와 같은 개체의 일부입니다).
- `0`는 토큰이 어떤 개체에도 해당하지 않음을 나타냅니다.

## 전처리[[preprocess]]

<Youtube id="iY2AZYdZAr0"/>

다음으로 `tokens` 필드를 전처리하기 위해 DistilBERT 토크나이저를 가져옵니다:

```py
>>> from transformers import AutoTokenizer

>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("distilbert/distilbert-base-uncased")
```

위의 예제 `tokens` 필드를 보면 입력이 이미 토큰화된 것처럼 보입니다. 그러나 실제로 입력은 아직 토큰화되지 않았으므로 단어를 하위 단어로 토큰화하기 위해 `is_split_into_words=True`를 설정해야 합니다. 예제로 확인합니다: 

```py
>>> example = wnut["train"][0]
>>> tokenized_input = tokenizer(example["tokens"], is_split_into_words=True)
>>> tokens = tokenizer.convert_ids_to_tokens(tokenized_input["input_ids"])
>>> tokens
['[CLS]', '@', 'paul', '##walk', 'it', "'", 's', 'the', 'view', 'from', 'where', 'i', "'", 'm', 'living', 'for', 'two', 'weeks', '.', 'empire', 'state', 'building', '=', 'es', '##b', '.', 'pretty', 'bad', 'storm', 'here', 'last', 'evening', '.', '[SEP]']
```

그러나 이로 인해 `[CLS]`과 `[SEP]`라는 특수 토큰이 추가되고, 하위 단어 토큰화로 인해 입력과 레이블 간에 불일치가 발생합니다. 하나의 레이블에 해당하는 단일 단어는 이제 두 개의 하위 단어로 분할될 수 있습니다. 토큰과 레이블을 다음과 같이 재정렬해야 합니다:

1. [`word_ids`](https://huggingface.co/docs/transformers/main_classes/tokenizer#transformers.BatchEncoding.word_ids) 메소드로 모든 토큰을 해당 단어에 매핑합니다.
2. 특수 토큰 `[CLS]`와 `[SEP]`에 `-100` 레이블을 할당하여, PyTorch 손실 함수가 해당 토큰을 무시하도록 합니다.
3. 주어진 단어의 첫 번째 토큰에만 레이블을 지정합니다. 같은 단어의 다른 하위 토큰에 `-100`을 할당합니다.

다음은 토큰과 레이블을 재정렬하고 DistilBERT의 최대 입력 길이보다 길지 않도록 시퀀스를 잘라내는 함수를 만드는 방법입니다:

```py
>>> def tokenize_and_align_labels(examples):
...     tokenized_inputs = tokenizer(examples["tokens"], truncation=True, is_split_into_words=True)

...     labels = []
...     for i, label in enumerate(examples[f"ner_tags"]):
...         word_ids = tokenized_inputs.word_ids(batch_index=i)  # Map tokens to their respective word.
...         previous_word_idx = None
...         label_ids = []
...         for word_idx in word_ids:  # Set the special tokens to -100.
...             if word_idx is None:
...                 label_ids.append(-100)
...             elif word_idx != previous_word_idx:  # Only label the first token of a given word.
...                 label_ids.append(label[word_idx])
...             else:
...                 label_ids.append(-100)
...             previous_word_idx = word_idx
...         labels.append(label_ids)

...     tokenized_inputs["labels"] = labels
...     return tokenized_inputs
```

전체 데이터 세트에 전처리 함수를 적용하려면, 🤗 Datasets [`~datasets.Dataset.map`] 함수를 사용하세요. `batched=True`로 설정하여 데이터 세트의 여러 요소를 한 번에 처리하면 `map` 함수의 속도를 높일 수 있습니다:
```py
>>> tokenized_wnut = wnut.map(tokenize_and_align_labels, batched=True)
```

이제 [`DataCollatorWithPadding`]를 사용하여 예제 배치를 만들어봅시다. 데이터 세트 전체를 최대 길이로 패딩하는 대신, *동적 패딩*을 사용하여 배치에서 가장 긴 길이에 맞게 문장을 패딩하는 것이 효율적입니다.

<frameworkcontent>
<pt>
```py
>>> from transformers import DataCollatorForTokenClassification

>>> data_collator = DataCollatorForTokenClassification(tokenizer=tokenizer)
```
</pt>
<tf>
```py
>>> from transformers import DataCollatorForTokenClassification

>>> data_collator = DataCollatorForTokenClassification(tokenizer=tokenizer, return_tensors="tf")
```
</tf>
</frameworkcontent>

## 평가[[evaluation]]

훈련 중 모델의 성능을 평가하기 위해 평가 지표를 포함하는 것이 유용합니다. 🤗 [Evaluate](https://huggingface.co/docs/evaluate/index) 라이브러리를 사용하여 빠르게 평가 방법을 가져올 수 있습니다. 이 작업에서는 [seqeval](https://huggingface.co/spaces/evaluate-metric/seqeval) 평가 지표를 가져옵니다. (평가 지표를 가져오고 계산하는 방법에 대해서는 🤗 Evaluate [빠른 둘러보기](https://huggingface.co/docs/evaluate/a_quick_tour)를 참조하세요). Seqeval은 실제로 정밀도, 재현률, F1 및 정확도와 같은 여러 점수를 산출합니다.

```py
>>> import evaluate

>>> seqeval = evaluate.load("seqeval")
```

먼저 NER 레이블을 가져온 다음, [`~evaluate.EvaluationModule.compute`]에 실제 예측과 실제 레이블을 전달하여 점수를 계산하는 함수를 만듭니다:

```py
>>> import numpy as np

>>> labels = [label_list[i] for i in example[f"ner_tags"]]


>>> def compute_metrics(p):
...     predictions, labels = p
...     predictions = np.argmax(predictions, axis=2)

...     true_predictions = [
...         [label_list[p] for (p, l) in zip(prediction, label) if l != -100]
...         for prediction, label in zip(predictions, labels)
...     ]
...     true_labels = [
...         [label_list[l] for (p, l) in zip(prediction, label) if l != -100]
...         for prediction, label in zip(predictions, labels)
...     ]

...     results = seqeval.compute(predictions=true_predictions, references=true_labels)
...     return {
...         "precision": results["overall_precision"],
...         "recall": results["overall_recall"],
...         "f1": results["overall_f1"],
...         "accuracy": results["overall_accuracy"],
...     }
```

이제 `compute_metrics` 함수를 사용할 준비가 되었으며, 훈련을 설정하면 이 함수로 되돌아올 것입니다.

## 훈련[[train]]

모델을 훈련하기 전에, `id2label`와 `label2id`를 사용하여 예상되는 id와 레이블의 맵을 생성하세요:

```py
>>> id2label = {
...     0: "O",
...     1: "B-corporation",
...     2: "I-corporation",
...     3: "B-creative-work",
...     4: "I-creative-work",
...     5: "B-group",
...     6: "I-group",
...     7: "B-location",
...     8: "I-location",
...     9: "B-person",
...     10: "I-person",
...     11: "B-product",
...     12: "I-product",
... }
>>> label2id = {
...     "O": 0,
...     "B-corporation": 1,
...     "I-corporation": 2,
...     "B-creative-work": 3,
...     "I-creative-work": 4,
...     "B-group": 5,
...     "I-group": 6,
...     "B-location": 7,
...     "I-location": 8,
...     "B-person": 9,
...     "I-person": 10,
...     "B-product": 11,
...     "I-product": 12,
... }
```

<frameworkcontent>
<pt>
<Tip>

[`Trainer`]를 사용하여 모델을 파인 튜닝하는 방법에 익숙하지 않은 경우, [여기](../training#train-with-pytorch-trainer)에서 기본 튜토리얼을 확인하세요!

</Tip>

이제 모델을 훈련시킬 준비가 되었습니다! [`AutoModelForSequenceClassification`]로 DistilBERT를 가져오고 예상되는 레이블 수와 레이블 매핑을 지정하세요:

```py
>>> from transformers import AutoModelForTokenClassification, TrainingArguments, Trainer

>>> model = AutoModelForTokenClassification.from_pretrained(
...     "distilbert/distilbert-base-uncased", num_labels=13, id2label=id2label, label2id=label2id
... )
```

이제 세 단계만 거치면 끝입니다:

1. [`TrainingArguments`]에서 하이퍼파라미터를 정의하세요. `output_dir`는 모델을 저장할 위치를 지정하는 유일한 매개변수입니다. 이 모델을 허브에 업로드하기 위해 `push_to_hub=True`를 설정합니다(모델을 업로드하기 위해 Hugging Face에 로그인해야합니다.) 각 에폭이 끝날 때마다, [`Trainer`]는 seqeval 점수를 평가하고 훈련 체크포인트를 저장합니다.
2. [`Trainer`]에 훈련 인수와 모델, 데이터 세트, 토크나이저, 데이터 콜레이터 및 `compute_metrics` 함수를 전달하세요.
3. [`~Trainer.train`]를 호출하여 모델을 파인 튜닝하세요.

```py
>>> training_args = TrainingArguments(
...     output_dir="my_awesome_wnut_model",
...     learning_rate=2e-5,
...     per_device_train_batch_size=16,
...     per_device_eval_batch_size=16,
...     num_train_epochs=2,
...     weight_decay=0.01,
...     eval_strategy="epoch",
...     save_strategy="epoch",
...     load_best_model_at_end=True,
...     push_to_hub=True,
... )

>>> trainer = Trainer(
...     model=model,
...     args=training_args,
...     train_dataset=tokenized_wnut["train"],
...     eval_dataset=tokenized_wnut["test"],
...     tokenizer=tokenizer,
...     data_collator=data_collator,
...     compute_metrics=compute_metrics,
... )

>>> trainer.train()
```

훈련이 완료되면, [`~transformers.Trainer.push_to_hub`] 메소드를 사용하여 모델을 허브에 공유할 수 있습니다.

```py
>>> trainer.push_to_hub()
```
</pt>
<tf>
<Tip>

Keras를 사용하여 모델을 파인 튜닝하는 방법에 익숙하지 않은 경우, [여기](../training#train-a-tensorflow-model-with-keras)의 기본 튜토리얼을 확인하세요!

</Tip>
TensorFlow에서 모델을 파인 튜닝하려면, 먼저 옵티마이저 함수와 학습률 스케쥴, 그리고 일부 훈련 하이퍼파라미터를 설정해야 합니다:

```py
>>> from transformers import create_optimizer

>>> batch_size = 16
>>> num_train_epochs = 3
>>> num_train_steps = (len(tokenized_wnut["train"]) // batch_size) * num_train_epochs
>>> optimizer, lr_schedule = create_optimizer(
...     init_lr=2e-5,
...     num_train_steps=num_train_steps,
...     weight_decay_rate=0.01,
...     num_warmup_steps=0,
... )
```

그런 다음 [`TFAutoModelForSequenceClassification`]을 사용하여 DistilBERT를 가져오고, 예상되는 레이블 수와 레이블 매핑을 지정합니다:

```py
>>> from transformers import TFAutoModelForTokenClassification

>>> model = TFAutoModelForTokenClassification.from_pretrained(
...     "distilbert/distilbert-base-uncased", num_labels=13, id2label=id2label, label2id=label2id
... )
```

[`~transformers.TFPreTrainedModel.prepare_tf_dataset`]을 사용하여 데이터 세트를 `tf.data.Dataset` 형식으로 변환합니다:

```py
>>> tf_train_set = model.prepare_tf_dataset(
...     tokenized_wnut["train"],
...     shuffle=True,
...     batch_size=16,
...     collate_fn=data_collator,
... )

>>> tf_validation_set = model.prepare_tf_dataset(
...     tokenized_wnut["validation"],
...     shuffle=False,
...     batch_size=16,
...     collate_fn=data_collator,
... )
```

[`compile`](https://keras.io/api/models/model_training_apis/#compile-method)를 사용하여 훈련할 모델을 구성합니다:

```py
>>> import tensorflow as tf

>>> model.compile(optimizer=optimizer)
```

훈련을 시작하기 전에 설정해야할 마지막 두 가지는 예측에서 seqeval 점수를 계산하고, 모델을 허브에 업로드할 방법을 제공하는 것입니다. 모두 [Keras callbacks](../main_classes/keras_callbacks)를 사용하여 수행됩니다.

[`~transformers.KerasMetricCallback`]에 `compute_metrics` 함수를 전달하세요:

```py
>>> from transformers.keras_callbacks import KerasMetricCallback

>>> metric_callback = KerasMetricCallback(metric_fn=compute_metrics, eval_dataset=tf_validation_set)
```

[`~transformers.PushToHubCallback`]에서 모델과 토크나이저를 업로드할 위치를 지정합니다:

```py
>>> from transformers.keras_callbacks import PushToHubCallback

>>> push_to_hub_callback = PushToHubCallback(
...     output_dir="my_awesome_wnut_model",
...     tokenizer=tokenizer,
... )
```

그런 다음 콜백을 함께 묶습니다:

```py
>>> callbacks = [metric_callback, push_to_hub_callback]
```

드디어, 모델 훈련을 시작할 준비가 되었습니다! [`fit`](https://keras.io/api/models/model_training_apis/#fit-method)에 훈련 데이터 세트, 검증 데이터 세트, 에폭의 수 및 콜백을 전달하여 파인 튜닝합니다:

```py
>>> model.fit(x=tf_train_set, validation_data=tf_validation_set, epochs=3, callbacks=callbacks)
```

훈련이 완료되면, 모델이 자동으로 허브에 업로드되어 누구나 사용할 수 있습니다!
</tf>
</frameworkcontent>

<Tip>

토큰 분류를 위한 모델을 파인 튜닝하는 자세한 예제는 다음 
[PyTorch notebook](https://colab.research.google.com/github/huggingface/notebooks/blob/main/examples/token_classification.ipynb) 
또는 [TensorFlow notebook](https://colab.research.google.com/github/huggingface/notebooks/blob/main/examples/token_classification-tf.ipynb)를 참조하세요.

</Tip>

## 추론[[inference]]

좋아요, 이제 모델을 파인 튜닝했으니 추론에 사용할 수 있습니다!

추론을 수행하고자 하는 텍스트를 가져와봅시다:

```py
>>> text = "The Golden State Warriors are an American professional basketball team based in San Francisco."
```

파인 튜닝된 모델로 추론을 시도하는 가장 간단한 방법은 [`pipeline`]를 사용하는 것입니다. 모델로 NER의 `pipeline`을 인스턴스화하고, 텍스트를 전달해보세요:

```py
>>> from transformers import pipeline

>>> classifier = pipeline("ner", model="stevhliu/my_awesome_wnut_model")
>>> classifier(text)
[{'entity': 'B-location',
  'score': 0.42658573,
  'index': 2,
  'word': 'golden',
  'start': 4,
  'end': 10},
 {'entity': 'I-location',
  'score': 0.35856336,
  'index': 3,
  'word': 'state',
  'start': 11,
  'end': 16},
 {'entity': 'B-group',
  'score': 0.3064001,
  'index': 4,
  'word': 'warriors',
  'start': 17,
  'end': 25},
 {'entity': 'B-location',
  'score': 0.65523505,
  'index': 13,
  'word': 'san',
  'start': 80,
  'end': 83},
 {'entity': 'B-location',
  'score': 0.4668663,
  'index': 14,
  'word': 'francisco',
  'start': 84,
  'end': 93}]
```

원한다면, `pipeline`의 결과를 수동으로 복제할 수도 있습니다:

<frameworkcontent>
<pt>
텍스트를 토큰화하고 PyTorch 텐서를 반환합니다:

```py
>>> from transformers import AutoTokenizer

>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("stevhliu/my_awesome_wnut_model")
>>> inputs = tokenizer(text, return_tensors="pt")
```

입력을 모델에 전달하고 `logits`을 반환합니다:

```py
>>> from transformers import AutoModelForTokenClassification

>>> model = AutoModelForTokenClassification.from_pretrained("stevhliu/my_awesome_wnut_model")
>>> with torch.no_grad():
...     logits = model(**inputs).logits
```

가장 높은 확률을 가진 클래스를 모델의 `id2label` 매핑을 사용하여 텍스트 레이블로 변환합니다:

```py
>>> predictions = torch.argmax(logits, dim=2)
>>> predicted_token_class = [model.config.id2label[t.item()] for t in predictions[0]]
>>> predicted_token_class
['O',
 'O',
 'B-location',
 'I-location',
 'B-group',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'B-location',
 'B-location',
 'O',
 'O']
```
</pt>
<tf>
텍스트를 토큰화하고 TensorFlow 텐서를 반환합니다:

```py
>>> from transformers import AutoTokenizer

>>> tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("stevhliu/my_awesome_wnut_model")
>>> inputs = tokenizer(text, return_tensors="tf")
```

입력값을 모델에 전달하고 `logits`을 반환합니다:

```py
>>> from transformers import TFAutoModelForTokenClassification

>>> model = TFAutoModelForTokenClassification.from_pretrained("stevhliu/my_awesome_wnut_model")
>>> logits = model(**inputs).logits
```

가장 높은 확률을 가진 클래스를 모델의 `id2label` 매핑을 사용하여 텍스트 레이블로 변환합니다:

```py
>>> predicted_token_class_ids = tf.math.argmax(logits, axis=-1)
>>> predicted_token_class = [model.config.id2label[t] for t in predicted_token_class_ids[0].numpy().tolist()]
>>> predicted_token_class
['O',
 'O',
 'B-location',
 'I-location',
 'B-group',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'O',
 'B-location',
 'B-location',
 'O',
 'O']
```
</tf>
</frameworkcontent>
