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如何用Python和R对《权力的游戏》故事情节做情绪分析？

百家作者：AI100 2017-09-13 10:55:52

本文授权转自王树义的简书

想知道一部没看过的影视剧能否符合自己口味，却又怕被剧透？没关系，我们可以用情绪分析来了解故事情节是否足够跌宕起伏。本文一步步教你如何用Python和R轻松愉快完成文本情绪分析。一起来试试吧。

烦恼

追剧是个令人苦恼的事情。

就拿刚刚播完第7季的《权力的游戏》来说，每周等的时候那叫一个煎熬，就盼着周一能提早到来。

可是最后一集播完，你紧张、兴奋、激动和过瘾之后呢？是不是又觉得很失落？

因为——下面我该看什么剧啊？

现在的影视作品，不是太少，而是太多。如果你有选择困难症，更会有生不逢时的感觉。

Netflix, Amazon和豆瓣等推荐引擎可以给你推荐影视作品。但是它们的推荐，只是把观众划分成了许多个圈子。你的数据，如果足够真实准确的话，可能刚好和某一个圈子的特性比较接近，于是就给你推荐这个圈子更喜欢的作品。

但是这不一定靠谱。有可能你的观影和评价信息分散在不同的平台上。不完整、不准确的观影数据，会导致推荐的效果大打折扣。

即便有了推荐的影视剧，它是否符合你的口味呢？毕竟看剧也是有机会成本的。放着《绝命毒师》不看，去看了一部烂剧，你的生命中的数十小时就这样被浪费了。

可除了从头到尾看一遍，又如何能验证一部剧是否是自己喜欢的呢？

你可能想到去评论区看剧评。那可是个危险区域，因为随时都有被剧透的风险。

你觉得还是利用社交媒体吧，在万能的朋友圈问问好友。有的好友确实很热心，但有的时候，也许会过于热心。

例如下面这位（图片来自于网络）：

你可能抓狂了，觉得这是个不可能完成的任务，就如同英谚所云：

You can't have your cake and eat it too.

真的是这样吗？不一定。在这个大数据泛滥，数据分析工具并不稀缺的时代，你完全可以利用技术帮自己选择优秀的影视作品。

故事情节的文本，你可以到互联网上找剧本，或者是字幕。当然，不是让你把剧本从头读到尾，那样还不如直接看剧呢。你需要用技术来对文本进行分析。

情绪

我们提到的这个技术，叫做情绪分析(emotional analysis)。它和情感分析(sentiment analysis)有相似之处。都是通过对内容的自动化分析，来获得结果。

情感分析的结果一般分为正向(positive)和负向(negative)，而情绪分析包含的种类就比较多了。

加拿大国家研究委员会(National Research Council of Canada)官方发布的情绪词典包含了8种情绪，分别为：

愤怒(anger)
期待(anticipation)
厌恶(disgust)
恐惧(fear)
喜悦(joy)
悲伤(sadness)
惊讶(surprise)
信任(trust)

有了这些情绪的标记，你可以轻松地对一段文本的情绪变化进行分析。

这时候，你可以回忆起中学语文老师讲作文时说过的那句话：文如看山不喜平。

故事情节会伴随着各种情绪的波动。通过分析这些情绪的起伏，我们可以看出故事的基调是否符合自己的口味，情节是否紧凑等。这样，你可以根据自己的偏好，甚至是当前的心境，来选择合适的作品观看了。

我们需要用到Python和R。这两种语言在目前数据科学领域里最受欢迎。Python的优势在于通用，而R的优势在于统计学家组成的社区。这些统计学家真是高产，也很酷，经常制造出令人惊艳的分析包。

咱们这里就用Python来做数据清理，然后用R做情绪分析，并且把结果可视化输出。

准备

数据

我们首先需要找到的是来源数据。作为例子，我们选择了《权利的游戏》第三季的第9集，名字叫做"The Rains of Castamere"。

你可以到这个网址下载这一集的剧本。

https://genius.com/Game-of-thrones-the-rains-of-castamere-annotated

你只需要全选页面拷贝，然后打开一个文本编辑器，把内容粘贴进去。好了，现在你就有可供分析的文本了。

请建立一个工作目录。后面的操作都在这个目录里进行。例如我的工作目录是~/Downloads/python-r-emotion。

把刚刚获得的文本文件放到这个目录中。

Python

我们需要用到Jupyter Notebook，请安装Anaconda套装。具体的安装方法请参考《如何用Python做词云》一文(http://www.jianshu.com/p/e4b24a734ccc)。

R

到这个网址(https://cran.r-project.org/mirrors.html)下载R基础安装包。你会看到R的下载位置有很多。

我建议你选择中国的镜像，这样连接速度更快。清华大学的镜像(https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/)就不错。

请根据你的操作系统平台选择其中对应的版本下载。我选择的是macOS版本，下载得到pkg文件。双击就可以安装。

安装了基础包之后，我们继续安装集成开发环境RStudio。下载地址为这里(https://www.rstudio.com/products/rstudio/download/#download)。

还是依据你的操作系统情况，选择对应的安装包。macOS安装包为dmg文件。双击打开后，把其中的RStudio.app图标拖动到Applications文件夹中，安装就完成了。

好了，现在你就有了R的运行环境了。

清理

我们首先需要清理文本数据，完成以下这两个任务：

把与剧情正文无关的内容去除；
将数据转换成R可以直接做情绪分析的结构化数据格式。

到你的系统“终端”(macOS, Linux)或者“命令提示符”(Windows)下，进入我们的工作目录，执行以下命令。

jupyter notebook

这时候工作目录下还只有那个文本文件。

我们打开看看内容。

往下翻页，我们找到了剧本正文正式开始的标记Opening Credits。

翻到文本的结尾，我们可以看到剧本结束的标记End Credits。

我们回到主页面下，新建一个Python的Notebook。点击右方的New按钮，选择Python 2。

有了全新的Notebook后，我们首先引入需要用到的包。

import pandas as pd
import re

然后读取当前目录下的文本文件。

with open("s03e09.txt") as f:
data = f.read()

看看内容：

print(data)

结果如下：

数据正确读入。下面我们依照刚才浏览中发现的标记把正文以外的文本内容去掉。

先去掉开头的非剧本正文内容。

data = data.split('Opening Credits]')[1]

再次打印，可以看见现在从正文开头了。

print(data)

下面我们同样处理结尾部分。

data = data.split('[End Credits')[0]

打印出来试试看。

print(data)

拖动到尾部。

移除了开头和结尾的多余内容后，我们来移除空行。这里我们需要用到正则表达式。

regex = r"^$n"
subst = ""
data = re.sub(regex, subst, data, 0, re.MULTILINE)

然后我们再次打印。

print(data)

空行都已经成功挪走了。可是我们注意到还有一些分割线组成的行，也需要去除掉。

regex = r"^-+$n"
subst = ""
data = re.sub(regex, subst, data, 0, re.MULTILINE)

至此，清理工作已经完成了。下面我们把文本整理成数据框，每一行分别加上行号。

利用换行符把原本完整的文本分割成行。

lines = data.split('n')

然后给每一行加上行号。

myrows = []
num = 1
for line in lines:
myrows.append([num, line])
num = num + 1

我们看看前三行的行号是否已经正常添加。

myrows[:3]

一切正常，下面我们把目前的数组转换成数据框。如果你对数据框的概念不太熟悉，请参考《贷还是不贷：如何用Python和机器学习帮你决策？》一文。

df = pd.DataFrame(myrows)

我们来看看执行结果：

df.head()

数据是正确的，不过表头不对。我们给表头重新命名。

df.columns = ['line', 'text']

再来看看：

df.head()

好了，既然数据框已经做好了。下面我们把它转换成为csv格式，以便于R来读取和处理。

df.to_csv('data.csv', index=False)

我们打开data.csv文件，可以看到数据如下：

数据清理和准备工作结束，下面我们用R进行分析。

分析

RStudio可以提供一个交互环境，帮我们执行R命令并即时反馈结果。

打开RStudio之后，选择File->New，然后从以下界面中选择 R Notebook。

然后，我们就有了一个R Notebook的模板。模板附带一些基础使用说明。

我们尝试点击编辑区域（左侧）代码部分（灰色）的运行按钮。

立即就可以看到绘图的结果了。

另外我们还可以点击菜单栏上的Preview按钮，来看整个儿代码的运行结果。

RStudio为我们生成了HTML文件，我们的文字说明、代码和运行结果图文并茂呈现出来。

好了，熟悉了环境后，我们该实际操作运行自己的代码了。咱们把左侧编辑区的开头说明区保留，把全部正文删除，并且把文件名改成有意义的名字，例如emotional-analysis。

这样就清爽多了。

下面我们读入数据。

setwd("~/Downloads/python-r-emotion/")
script < - read.csv("data.csv", stringsAsFactors=FALSE)

读入的时候一定要注意设置stringsAsFactors=FALSE，不然R在读取字符串数据的时候，会默认转换为level，后面的分析就做不成了。读取之后，在右侧的数据区域你可以看到script这个变量，双击它，可以看到内容。

数据有了，下面我们需要准备分析用的包。这里我们需要用到4个包，请执行以下语句安装。

install.packages("dplyr")
install.packages("tidytext")
install.packages("tidyr")
install.packages("ggplot2")

注意安装新软件包这种操作只需要执行一次。可是我们每次预览结果的时候，文件里所有语句都会被执行一遍。为了避免安装命令被反复执行。当安装结束后，请你删除或者注释掉上面几条语句。

安装了包，并不意味着就可以直接用其中的函数了。使用之前，你需要执行library语句调用这些包。

library(dplyr)
library(tidytext)
library(tidyr)
library(ggplot2)

好了，万事俱备。我们需要把一句句的文本拆成单词，这样才能和情绪词典里的单词做匹配，从而分析单词的情绪属性。

在R里面，可以采用Tidy Text方式来做。执行的语句是unnest_token，我们把原先的句子拆分成为单词。

tidy_script < - script %>%
unnest_tokens(word, text)
head(tidy_script)

## line word
## 1 1 first
## 1.1 1 scene
## 1.2 1 shows
## 1.3 1 the
## 1.4 1 location
## 1.5 1 of

这里原先的行号依然被保留。我们可以看到每一个词来自于哪一行，这有利于下面我们对行甚至段落单位进行分析。

我们调用加拿大国家研究委员会发布的情绪词典。这个词典在tidytext包里面内置了，就叫做nrc。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
arrange(line) %>%
head(10)

我们只显示前10行的内容：

## Joining, by = "word"

## line word sentiment
## 1 1 rock positive
## 2 1 ancestral trust
## 3 1 giant fear
## 4 1 representing anticipation
## 5 1 stark negative
## 6 1 stark trust
## 7 1 stark negative
## 8 1 stark trust
## 9 4 dangerous fear
## 10 4 dangerous negative

可以看到，有的词对应某一种情绪属性，有的词同时对应多种情绪属性。注意nrc包里面不仅有情绪，而且还有情感（正向和负向）。

我们对单词的情绪已经清楚了。下面我们来综合判断每一行的不同情感分别含有几个词。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
count(line, sentiment) %>%
arrange(line) %>%
head(10)

还是只显示结果的前10行。

## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 3
## line sentiment n
##
## 1 1 anticipation 1
## 2 1 fear 1
## 3 1 negative 2
## 4 1 positive 1
## 5 1 trust 3
## 6 4 fear 1
## 7 4 negative 1
## 8 5 positive 1
## 9 5 trust 1
## 10 6 positive 1

以第1行为例，包含“期待”的词有1个，包含“恐惧”的有1个，包含“信任”的有3个。

如果我们以1行为单位分析情感变化，粒度过细。鉴于整个剧本包含了几百行文字，我们以5行作为一个基础单位，来进行分析。

这里我们使用index来把原先的行号处理一下，分成段落。%/%代表整除符号，这样0-4行就成为了第一段落，5-9行成为第二段落，以此类推。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
count(line, sentiment) %>%
mutate(index = line %/% 5) %>%
arrange(index) %>%
head(10)

## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 4
## line sentiment n index
##
## 1 1 anticipation 1 0
## 2 1 fear 1 0
## 3 1 negative 2 0
## 4 1 positive 1 0
## 5 1 trust 3 0
## 6 4 fear 1 0
## 7 4 negative 1 0
## 8 5 positive 1 1
## 9 5 trust 1 1
## 10 6 positive 1 1

可以看出，第一段包含的情感还真是很丰富。

只是如果让我们把结果表格从头读到尾，那也真够难受的。我们还是用可视化的方法，把图绘制出来吧。

绘图我们采用ggplot包。这个包我们在《如何用Python做舆情时间序列可视化？》一文中介绍过，欢迎查阅复习。

我们使用geom_col指令，让R帮我们绘制柱状图。对不同的情绪，我们用不同颜色表示出来。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
count(line, sentiment) %>%
mutate(index = line %/% 5) %>%
ggplot(aes(x=index, y=n, color=sentiment)) %>%
+ geom_col()

## Joining, by = "word"

结果是丰富多彩的，可惜看不大清楚。为了区别不同情绪，我们调用facet_wrap函数，把不同情绪拆开，分别绘制。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
count(line, sentiment) %>%
mutate(index = line %/% 5) %>%
ggplot(aes(x=index, y=n, color=sentiment)) %>%
+ geom_col() %>%
+ facet_wrap(~sentiment, ncol=3)

## Joining, by = "word"

嗯，这张图看着就舒服多了。

不过这张图也会给我们造成一些疑惑。按照道理来说，每一段落的内容里，包含单词数量大致相当。结尾部分情感分析结果里面，正向和负向几乎同时上升，这就让人很不解。是这里的几行太长了，还是出了什么其他的问题呢？

数据分析的关键，就是在这种令人疑惑的地方深挖进去。

我们不妨来看看，出现最多的正向和负向情感词都有哪些。

先来看看正向的。我们这次不是按照行号，而是按照词频来排序。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
filter(sentiment == "positive") %>%
count(word) %>%
arrange(desc(n)) %>%
head(10)

## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 2
## word n
##
## 1 lord 13
## 2 good 9
## 3 guard 9
## 4 daughter 8
## 5 shoulder 7
## 6 love 6
## 7 main 6
## 8 quiet 6
## 9 bride 5
## 10 king 5

看到这个词频，我们不禁有些失落——看来分析结果是有问题的。许多词汇都是名词，而且在《权力的游戏》故事中，这些词根本就没有明确的情感指向。例如lord这个词，剧中的lord有的正直善良，但也有很多不是什么好人；king也一样，虽然Robb和Jon是国王，但别忘了Joffrey也是国王啊。

我们再来看看负向情感词汇吧。

tidy_script %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
filter(sentiment == "negative") %>%
count(word) %>%
arrange(desc(n)) %>%
head(10)

## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 2
## word n
##
## 1 stark 16
## 2 pig 14
## 3 lord 13
## 4 worm 12
## 5 kill 11
## 6 black 9
## 7 dagger 8
## 8 shot 8
## 9 killing 7
## 10 afraid 4

看了这个结果，就更令人沮丧不已了——同样的一个lord，竟然既被当成了正向，又被当成了负向词汇。词典标注者太不负责任了吧！

别着急。出现这样的情况，是因为我们做分析时少了一个重要步骤——处理停用词。对于每一个具体场景，我们都需要使用停用词表，把那些可能干扰分析结果的词扔出去。

tidytext提供了默认的停用词表。我们先拿来试试看。这里使用的语句是anti_join，就可以把停用词先去除，再进行情绪词表连接。

我们看看停用词去除后，正向情感词汇的高频词有没有变化。

tidy_script %>%
anti_join(stop_words) %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
filter(sentiment == "positive") %>%
count(word) %>%
arrange(desc(n)) %>%
head(10)

## Joining, by = "word"
## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 2
## word n
##
## 1 lord 13
## 2 guard 9
## 3 daughter 8
## 4 shoulder 7
## 5 love 6
## 6 main 6
## 7 quiet 6
## 8 bride 5
## 9 king 5
## 10 music 5

结果令人失望。看来停用词表里没有包含我们需要去除的那一堆名词。

没关系，我们自己来修订停用词表。使用R中的bind_rows语句，我们就能在基础的预置停用词表基础上，附加上我们自己的停用词。

custom_stop_words < - bind_rows(stop_words,
data_frame(word = c("stark", "mother", "father", "daughter", "brother", "rock", "ground", "lord", "guard", "shoulder", "king", "main", "grace", "gate", "horse", "eagle", "servent"),
lexicon = c("custom")))

我们加入了一堆名词和关系代词。因为它们和情绪之间没有必然的关联。但是名词还是保留了一些。例如“新娘”总该是和好的情感和情绪相连吧。

用了定制的停用词表后，我们来看看词频的变化。

tidy_script %>%
anti_join(custom_stop_words) %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
filter(sentiment == "positive") %>%
count(word) %>%
arrange(desc(n)) %>%
head(10)

## Joining, by = "word"
## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 2
## word n
##
## 1 love 6
## 2 quiet 6
## 3 bride 5
## 4 music 5
## 5 rest 5
## 6 finally 4
## 7 food 3
## 8 forward 3
## 9 hope 3
## 10 hospitality 3

这次好多了，起码解释情绪可以自圆其说了。我们再看看那些负向情感词汇。

tidy_script %>%
anti_join(custom_stop_words) %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
filter(sentiment == "negative") %>%
count(word) %>%
arrange(desc(n)) %>%
head(10)

## Joining, by = "word"
## Joining, by = "word"

## # A tibble: 10 x 2
## word n
##
## 1 pig 14
## 2 worm 12
## 3 kill 11
## 4 black 9
## 5 dagger 8
## 6 shot 8
## 7 killing 7
## 8 afraid 4
## 9 fear 4
## 10 leave 4

比起之前，也有很大进步。

做好了基础的修订工作，下面我们来重新作图吧。我们把停用词表加进去，并且还用filter语句把情感属性删除掉了。因为我们分析的对象是情绪(emotion)，而不是情感(sentiment)。

tidy_script %>%
anti_join(custom_stop_words) %>%
inner_join(get_sentiments("nrc")) %>%
filter(sentiment != "negative" & sentiment != "positive") %>%
count(line, sentiment) %>%
mutate(index = line %/% 5) %>%
ggplot(aes(x=index, y=n, color=sentiment)) %>%
+ geom_col() %>%
+ facet_wrap(~sentiment, ncol=3)

## Joining, by = "word"
## Joining, by = "word"

这幅图一下子变得清晰，也值得琢磨。

在这一集的结尾，多种情绪混杂交织——欢快的气氛陡然下降，期待与信任在波动，厌恶在不断上涨，恐惧与悲伤陡然上升，愤怒突破天际，交杂着数次的惊讶……

你可能会纳闷儿，情绪怎么可能这么复杂？是不是分析又出问题了？

还真不是，这一集的故事，有个另外的名字，叫做《红色婚礼》。

收获

通过本文的学习，希望你已初步掌握了如下技能：

如何用Python对网络摘取的文本做处理，从中找出正文，并且去掉空行等内容；
如何用数据框对数据进行存储、表示与格式转换，在Python和R中交换数据；
如何安装和使用RStudio环境，用R Notebook做交互式编程；
如何利用tidytext方式来处理情感分析与情绪分析；
如何设置自己的停用词表；
如何用ggplot绘制多维度切面图形。

掌握了这些内容后，你是否觉得用这么强大的工具分析个剧本找影视作品，有些大炮轰蚊子的感觉？

讨论

除了本文介绍的方法之外，你还知道哪些方便的情绪分析工具与方法？在寻找新剧方面，你有什么独家心得体悟？有了情绪分析这个利器，你还可以处理哪些有趣的问题？欢迎留言，记录下你的思考，分享给大家。我们一起交流讨论。

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