OctoLingua的目標(biāo)是提供一種服務(wù)，支持從多個粒度級別（從文件級別或片段級別到潛在的行級語言檢測和分類）進行強大可靠的語言檢測。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)人員進行日常開發(fā)工作，同時幫助編寫高質(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挑戰(zhàn)就是，如何即時鑒別它們？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。

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

甚至還會出現(xiàn)沒有擴展名的情況，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是一個基于Ruby的應(yīng)用程序，它使用多種策略進行語言檢測。比如利用命名約定和文件擴展名，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，通過一個小樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練的樸素貝葉斯分類器來進行語言消歧義。

雖然Linguist在文件級語言預(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，準(zhǔn)確率就大幅下降了。更重要的是，當(dāng)遇到?jīng)]有提供文件擴展名的情況比如Gist、README文件、issue或者拉取請求中的代碼片段，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，GitHub又開發(fā)了一款名為OctoLingua的機器學(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后端進行構(gòu)建，非常準(zhǔn)確、健壯且易于維護。

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是一個出色的入門數(shù)據(jù)集，因為它包含用不同編程語言表示的相同任務(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展名。

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

特點：利用先驗知識

傳統(tǒng)上，對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的文本分類問題，通常采用基于存儲器的體系結(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、評論風(fēng)格、文件擴展名、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：

每個文件的前五個特殊字符

每個文件前20個令牌

文件擴展名

存在源碼文件中常用的某些特殊字符如冒號、花括號和分號

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)層移動時，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)集進行大約8個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展名，以鼓勵模型從文件的詞匯表中學(xué)習(xí)，而不是過度填充文件擴展功能。

基準(zhǔn)

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

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

在測試集中加擾或刪除文件擴展名的目的是評估OctoLingua在刪除關(guān)鍵功能或誤導(dǎo)時對文件進行分類的穩(wěn)健性。不嚴(yán)重依賴擴展的分類器對要點和片段進行分類非常有用，因為在這些情況下，人們通常不提供準(zhǔn)確的擴展信息（例如，許多與代碼相關(guān)的文件具有.txt擴展名）。

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（即文件擴展名）中學(xué)習(xí)。但是沒有擴展名的話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展名，以鼓勵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)的文件擴展名的性能。

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

請注意，在訓(xùn)練期間沒有刪除文件擴展名的情況下，OctoLingua對沒有擴展名和隨機擴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展名的數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練模型時，模型性能在修改的測試集上的差距就沒有那么大。

這證實了在訓(xùn)練時從一小部分文件中刪除文件擴展名，會使分類器從詞匯表中學(xué)到更多。它還表明，文件擴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行。這個新的訓(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、

未來計劃

截至目前，OctoLingua正處于“先進的原型設(shè)計階段”。我們的語言分類引擎已經(jīng)強大且可靠，但還不支持我們平臺上的所有編碼語言。除了擴大語言支持 - 這將是相當(dāng)簡單的 - 我們的目標(biāo)是在各種粒度級別啟用語言檢測。我們當(dāng)前的實現(xiàn)已經(jīng)允許我們通過對機器學(xué)習(xí)引擎的一些小修改來對代碼片段進行分類。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。