OctoLingua的目標(biāo)是提供一種服務(wù)，支持從多個(gè)粒度級(jí)別（從文件級(jí)別或片段級(jí)別到潛在的行級(jí)語言檢測和分類）進(jìn)行強(qiáng)大可靠的語言檢測。最終，該服務(wù)可以支持代碼搜索和共享、語法高亮顯示和差異渲染等，旨在支持開發(fā)人員進(jìn)行日常開發(fā)工作，同時(shí)幫助編寫高質(zhì)量的代碼。

GitHub上現(xiàn)在托管有超過300種編程語言。從最廣泛使用的語言比如Python，Java、Javascript等，到一些非常非常小眾的語言例如Befunge，應(yīng)有盡有。

但豐富的語種帶來的一個(gè)挑戰(zhàn)就是，如何即時(shí)鑒別它們？這影響到如何更好的搜索、發(fā)現(xiàn)其中的安全漏洞或者采取什么樣的語法高亮。

而且編程語言識(shí)別起來，看似簡單實(shí)則非常困難。文件擴(kuò)展名是一個(gè)非常重要的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，但很多時(shí)候非?；靵y。比如“.pl”, “.pm”, “.t”, “.pod”，都跟Perl有關(guān)系；而“.h”，C、C++、Objective-C也都有在用。

甚至還會(huì)出現(xiàn)沒有擴(kuò)展名的情況，例如一些可執(zhí)行腳本（curl，get，makefile等）。

Linguist已經(jīng)可以完成84%的語言檢測

那么GitHub是怎么解決上述問題呢？GitHub高級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)家Kavita Ganesan首先介紹了目前GitHub官方使用的語言鑒別工具：Linguist。

Linguist是一個(gè)基于Ruby的應(yīng)用程序，它使用多種策略進(jìn)行語言檢測。比如利用命名約定和文件擴(kuò)展名，考慮Vim或Emacs模型，以及文件頂部的內(nèi)容（shebang）等。

Linguist通過啟發(fā)式方法，通過一個(gè)小樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練的樸素貝葉斯分類器來進(jìn)行語言消歧義。

雖然Linguist在文件級(jí)語言預(yù)測方面做得很好（準(zhǔn)確率為84％），但是當(dāng)文件使用非常特殊的命名約定時(shí)，準(zhǔn)確率就大幅下降了。更重要的是，當(dāng)遇到?jīng)]有提供文件擴(kuò)展名的情況比如Gist、README文件、issue或者拉取請(qǐng)求中的代碼片段，Linguist就無能為力了。

人工智能幫助完成剩下的語言檢測工作

為了使語言檢測能夠更加健壯和可維護(hù)，GitHub又開發(fā)了一款名為OctoLingua的機(jī)器學(xué)習(xí)分類器，它基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）架構(gòu)，可以處理棘手場景中的語言預(yù)測。

該模型的當(dāng)前版本能夠?qū)itHub托管的前50種語言進(jìn)行預(yù)測，并在準(zhǔn)確性和性能方面超越Linguist。

OctoLingua從頭開始使用Python + Keras，以及TensorFlow后端進(jìn)行構(gòu)建，非常準(zhǔn)確、健壯且易于維護(hù)。

數(shù)據(jù)源

OctoLingua的當(dāng)前版本使用了從Rosetta Code檢索的文件和內(nèi)部眾包的一組質(zhì)量庫的訓(xùn)練。語言集限制為GitHub上托管的Top 50。

Rosetta Code是一個(gè)出色的入門數(shù)據(jù)集，因?yàn)樗貌煌幊陶Z言表示的相同任務(wù)的源碼。例如，生成Fibonacci序列的任務(wù)可以用C、C ++、CoffeeScript、D、Java、Julia等表示。

但是，跨語言的覆蓋范圍并不統(tǒng)一，其中某些語言只有少量文件而某些文件的填充程度過于稀疏。因此，需要增加一些額外來源的訓(xùn)練集，以提高語言覆蓋率和性能。

目前添加新語言的流程現(xiàn)已完全自動(dòng)化，以編程方式從GitHub上的公共倉庫收集源碼。選擇滿足最低資格標(biāo)準(zhǔn)的倉庫，例如具有最小數(shù)量的分支，以及涵蓋目標(biāo)語言和涵蓋特定文件擴(kuò)展名。

對(duì)于此階段的數(shù)據(jù)收集，使用Linguist的分類確定倉庫的主要語言。

特點(diǎn)：利用先驗(yàn)知識(shí)

傳統(tǒng)上，對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的文本分類問題，通常采用基于存儲(chǔ)器的體系結(jié)構(gòu)，例如遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）。

但是，鑒于編程語言在詞匯、評(píng)論風(fēng)格、文件擴(kuò)展名、結(jié)構(gòu)、庫導(dǎo)入風(fēng)格和其他微小差異，GitHub選擇了一種更簡單的方法：通過以表格形式提取某些相關(guān)功能來利用所有這些信息，并投喂給分類器。目前提取的功能如下：

每個(gè)文件的前五個(gè)特殊字符

每個(gè)文件前20個(gè)令牌

文件擴(kuò)展名

存在源碼文件中常用的某些特殊字符如冒號(hào)、花括號(hào)和分號(hào)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型

上述特征作為使用具有Tensorflow后端的Keras構(gòu)建的雙層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。

下圖顯示特征提取步驟為分類器生成n維表格輸入。當(dāng)信息沿著網(wǎng)絡(luò)層移動(dòng)時(shí)，它通過dropout正則化并最終產(chǎn)生51維輸出，該輸出表示給定代碼在前50種GitHub語言中每一種寫入的預(yù)測概率加不寫入的概率。

GitHub使用90％的數(shù)據(jù)集進(jìn)行大約8個(gè)epochs的訓(xùn)練。此外，在訓(xùn)練步驟中從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中刪除了一定百分比的文件擴(kuò)展名，以鼓勵(lì)模型從文件的詞匯表中學(xué)習(xí)，而不是過度填充文件擴(kuò)展功能。

基準(zhǔn)

下圖顯示了在同一測試集上計(jì)算的OctoLingua和Linguist的F1得分（精確度和召回之間的調(diào)和平均值）。

這里展示三個(gè)測試。第一個(gè)是測試集不受任何干預(yù)；第二個(gè)測試使用同一組測試文件，刪除了文件擴(kuò)展名信息；第三個(gè)測試也使用相同的文件集，但這次文件擴(kuò)展名被加擾，以便混淆分類器（例如，Java文件可能有“.txt”擴(kuò)展名、Python文件可能具有“.java”）擴(kuò)展名。

在測試集中加擾或刪除文件擴(kuò)展名的目的是評(píng)估OctoLingua在刪除關(guān)鍵功能或誤導(dǎo)時(shí)對(duì)文件進(jìn)行分類的穩(wěn)健性。不嚴(yán)重依賴擴(kuò)展的分類器對(duì)要點(diǎn)和片段進(jìn)行分類非常有用，因?yàn)樵谶@些情況下，人們通常不提供準(zhǔn)確的擴(kuò)展信息（例如，許多與代碼相關(guān)的文件具有.txt擴(kuò)展名）。

下表顯示了OctoLingua如何在各種條件下保持良好的性能，表明該模型主要從代碼的詞匯表中學(xué)習(xí)，而不是從元信息（即文件擴(kuò)展名）中學(xué)習(xí)。但是沒有擴(kuò)展名的話Linguist完全無法鑒別。

上圖是OctoLingua與Linguist在同一測試集上的表現(xiàn)。

在訓(xùn)練期間刪除文件擴(kuò)展名的效果

如前所述，在訓(xùn)練期間，從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中刪除了一定百分比的文件擴(kuò)展名，以鼓勵(lì)模型從文件的詞匯表中學(xué)習(xí)。下表顯示了模型在訓(xùn)練期間刪除了不同分?jǐn)?shù)的文件擴(kuò)展名的性能。

上圖在三個(gè)測試變體中刪除了不同百分比的文件擴(kuò)展名后，OctoLingua的表現(xiàn)

請(qǐng)注意，在訓(xùn)練期間沒有刪除文件擴(kuò)展名的情況下，OctoLingua對(duì)沒有擴(kuò)展名和隨機(jī)擴(kuò)展名的測試文件的性能與常規(guī)測試數(shù)據(jù)相比差距很大。而一旦在刪除某些文件擴(kuò)展名的數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練模型時(shí)，模型性能在修改的測試集上的差距就沒有那么大。

這證實(shí)了在訓(xùn)練時(shí)從一小部分文件中刪除文件擴(kuò)展名，會(huì)使分類器從詞匯表中學(xué)到更多。它還表明，文件擴(kuò)展功能雖然具有高度預(yù)測性，但卻傾向于支配并阻止將更多權(quán)重分配給內(nèi)容。

添加新語言支持

在OctoLingua中添加新語言非常簡單。它首先獲取新語言的大量文件，這些文件分為訓(xùn)練和測試集，然后通過預(yù)處理器和特征提取器運(yùn)行。這個(gè)新的訓(xùn)練和測試裝置被添加到現(xiàn)有的訓(xùn)練和測試數(shù)據(jù)庫中。新的測試裝置允許驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性是否仍然可以接受。

上圖使用OctoLingua添加新語言、

未來計(jì)劃

截至目前，OctoLingua正處于“先進(jìn)的原型設(shè)計(jì)階段”。我們的語言分類引擎已經(jīng)強(qiáng)大且可靠，但還不支持我們平臺(tái)上的所有編碼語言。除了擴(kuò)大語言支持 - 這將是相當(dāng)簡單的 - 我們的目標(biāo)是在各種粒度級(jí)別啟用語言檢測。我們當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)允許我們通過對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)引擎的一些小修改來對(duì)代碼片段進(jìn)行分類。將模型帶到可以可靠地檢測和分類嵌入式語言的階段并不是太遙遠(yuǎn)。

我們也在考慮開源我們模型的可能性，如果您有興趣，我們很樂意聽取社區(qū)的意見。