5万余首圣诞歌词数据包+Kaggle数据科学家的脑洞=？（附数据包+代码）

作者：eoda GmbH

编译：大山、ShanLIU、Harry

昨天在python给你的圣诞帽上意犹未尽的动手党（点击查看相关文章），今天的话题依然和圣诞节有关。

前几天，文摘菌发现了一个Kaggle上的圣诞歌曲数据礼包。这里有你能想到所有的圣诞歌曲，总计超过5万首。而Kaggle上的数据科学家用各种方式要把它们玩儿坏了，一起看看有哪些有趣的结论！

又是圣诞节，有没有被大街小巷的圣诞歌曲洗耳朵？有没有想过这些圣诞歌曲到底有什么魔力？他们的歌词又有什么共同点？

我们把所有跟圣诞有关的歌曲都打包起来，总计超过5万首歌曲。在这篇文章里，文摘菌将首先用朴素贝叶斯对这些歌曲文本进行全面分析，来快速识别出，到底什么样的歌曲才能被成为真正意义上的圣诞歌曲。

之后，我们还可以一起看看，kaggle上的数据科学家用这个数据包分析出了的这些有趣的结论：

• 与圣诞关系最密切的歌词TOP20；
• 圣诞歌产量最高的歌手TOP20；
• 圣诞歌词中，什么样的双音节词最受欢迎？

这个数据集取自55000多段歌词，同时涵盖了超过55000首歌曲。你能想到的全都有，包括Jinglebell ：）如下：这是一个有55000多行和4列的数据框：

• 艺术家
• 歌曲
• 链接
• 文本

我们的目标是对歌曲文本进行全面分析，帮助我们快速识别出圣诞歌曲。为此，我们首先在数据框中添加一个额外的列，给每首歌曲一个“圣诞”或“非圣诞”的标签，也就是歌词中包含“Christmas”，“Xmas”或“X-mas”的歌曲将被标记为“圣诞”，不包含的则标成“非圣诞”。

这还只是标签的初始化，我们之后会将朴素贝叶斯应用于一组训练集以识别其他圣诞歌曲。但现在，我们将通过一些直观的描述性方法来探索数据集。看看会得到一些什么有趣的结果。

探索初始的圣诞歌曲

清理 & 标记化

首先我们从数据清理和标记化开始～随后，圣诞歌曲将被选中并被保存为一个变量。

相关性分析

现在我们可以从不同的角度由相关性来分析原始的圣诞歌曲。接下来，我们运用networkD3 html widget将相关性可视化：具有相同总连接数的节点将被赋予相同的颜色，而边的颜色意味着由两个节点共享的公共邻居的数量。而且，一个节点的大小表明它的中心性，中心性由中间性（即通过它的最短路径的数量）定义。在两个节点之间的距离是1的最小最大变换减去相关度，这是有意义的，因为直观来说，相关性越高，两个节点应该越近。而且，距离越短，边缘越宽。

请注意，相关性永远要基于歌词才行。

单词之间的相关性

出现超过100次的单词与至少另一个相关度大于0.55的单词相关。

歌曲之间的相关性

一首歌曲与其他至少3首相关的歌曲之间的相关性大于0.75-通过这个方法，我们可以检测到类似或被略微修改的歌曲。

特定的词之间的相关性

艺术家之间的相关性

词云

原始圣诞歌曲的词云

朴素贝叶斯

朴素贝叶斯是一种流行的监督机器学习算法，它能处理具有大量特征的分类问题。它是基于一个类，这个类的特征是被假定独立分布的，所以从这种意义上说，它是“朴素”的。在我们的例子中，我们想知道，给定一组特征之后，即文档中单词的tf-idf，一首歌曲是否应该被朴素贝叶斯分类为圣诞歌曲。

构造最大似然估计的难点是先验分布的选择，即类的概率分布。通常假定它是按类频率均匀分布或估计的。在我们的例子中，我们使用了先验分布的多项式分布和均匀分布，这意味着我们在没有进一步信息的情况下对歌曲的分类是没有偏见。

识别隐藏的圣诞歌曲

我们识别出2965首隐藏的圣诞歌曲，在最初的500首圣诞歌曲中，有2首歌曲被朴素贝叶斯拒绝认定为圣诞歌曲。

探索隐藏的圣诞歌曲

因此我们已经成功地识别出一些宗教圣诞歌曲，它们的标题通常不包含“Christmas”或“X-mas”单词。

潜在狄利克雷分布&t统计随机邻域嵌入

数据准备

只有包括隐藏在内的圣诞歌曲的前300项特征，将被用来计算Rtsne和LDA，否则存储空间会不足。

LDA

LDA是潜在狄利克雷分布，2003年在Blei, Ng, Jordan的论文中被提出。这是一个生成语料库的概率模型，其中的文档被表示为关于潜在主题的随机混合物，一个单独的文档通常只有几个主题，被分配了不可忽视的概率。此外，每个主题的特点是单词的分布，通常只有一小部分词被大概率分配给某个主题。变分期望最大化算法或吉布斯抽样用于参数的统计推断。

LDA需要固定数量的主题，也就是说，在应用该算法之前，应该先知道主题的数目。然而，有可能通过不同的性能度量来确定主题的最佳数量，比如Nikita，用ldatuning包。

因此，我们将选择8作为主题的最佳数量。

我们可以使用tidytext包 来检查每个文档的主题分布，即对于每个文档，它属于从1到8某个主题的概率的总和等于1。

同样，我们也可以获得每个主题词的概率分布，即每个主题产生不同的单词的概率总和等于1。

每个主题的关键词是：

t-SNE

由van der Maaten和Hinton于2008年开发，t-SNE代表统计随机邻域嵌入，这是一种降维技术，用公式表示出捕获的原始数据点的局部聚类结构。它是非线性的和不确定性的。

下面的计算大约需要30分钟。

如果我们重复以上过程在不只一次迭代上呢？

到目前为止，我们只运行了一次迭代的朴素贝叶斯。然而，我们可以为多个迭代重复这个过程，即训练一个朴素贝叶斯分类器并重新标记所有的假阳性为隐藏圣诞/圣诞，所有的假阴性为隐藏非圣诞/非圣诞，一遍遍重复进行。

首先，我们再次准备数据以避免错误。

运行10次迭代。

然后，精度和f1得分开始时单调增长，然后收敛到大约0.95的值，这意味着没有遗留很多待检测的“隐藏圣诞歌曲”和“隐藏非圣诞歌曲”。然而，在这个过程中，我们始终相信朴素贝叶斯分类器是100%准确的，这实际上几乎是不可能的。因此，在每一次迭代中，有一些歌曲被朴素贝叶斯错误地分类为“圣诞节”，在训练集的下一个迭代中用于训练朴素贝叶斯分类器。有了这个不断累积的错误，我们可能会担心，随着迭代次数的增加，结果实际上会更糟。

最后，我们大约有一半的歌曲被归类为“圣诞节”，而另一半为“不是圣诞节”，这似乎是非常不可信的。这倒是引出了一个问题：是否存在一个最佳的迭代次数？我们不能简单地手动控制这57650首歌是否被正确分类。所以这仍然是一个有待回答的开放式问题！

还有哪些有趣的结论

之后，我们用这些数据，还分析出了以下这些有趣的结论，基于篇幅的原因，我们直接贴出kaggle上的一些有趣结论，不再在微信推文中po出实现代码，想亲手尝试的同学，请拉到文末查看kaggle上的代码和数据传送门～

与圣诞关系最密切的歌词TOP20

歌词正负情感词云图

圣诞歌产量最高的歌手TOP20

积极（positive）歌词占比最多的歌手TOP20

圣诞歌词中，什么样的双音节词最受欢迎？

上边的结论有没有让你脑洞大开，你有什么其他的好想法吗？欢迎在文末分享给我们！或许我们可以一起做点好玩的东西～

最后，祝大家圣诞快乐，平安喜乐～

55000首歌曲传送门： https://www.kaggle.com/mousehead/songlyrics 原文链接： https://blog.eoda.de/2017/12/19/data-wonderland-christmas-songs-from-the-viewpoint-of-a-data-scientist/