住所の表記ゆれを生成AIで何とかできないか（お試し編）

きっかけ

転職後、徐々に生活が落ち着いてきたので、ここらでエンジニア的なところもペースを戻したいなと。

で、やりたいこと

例えば企業情報があって、会社名や郵便番号、電話番号などは一致しているんだけど、住所だけ一致しないとき、これは同じ会社の情報なのか判断できないだろうか？

前提条件

• あくまでも「表記ゆれ」を対象とします

（ここでの）表記ゆれの定義

• 半角－全角の違い
• 漢数字－アラビア数字の違い
• 丁目、番地、号の省略（「-」で記述）

とりあえず保留

• 建物名の省略
• 階数の省略

今回のデータ

デジタル庁のアドレス・ベース・レジストリを参考に正解を決め、それをベースに確認するデータを作成します。

※今回は、上の「住居表示を実施しているアドレス」を対象にして、下の「住居表示を実施していないアドレス」は見送ります

• 正解
  • 「東京都港区海岸一丁目２番３号」
• 表記ゆれ
  • 半角「東京都港区海岸一丁目2番3号」
  • 全角「東京都港区海岸一丁目2番3号」
  • アラビア数字「東京都港区海岸1丁目2番3号」「東京都港区海岸１丁目２番３号」
  • 丁目、番地、号の省略「東京都港区海岸1-2-3」「東京都港区海岸１－２－３」
• 不正解
  • 正解「東京都港区海岸一丁目１番１号」
  • 半角「東京都港区海岸一丁目1番1号」
  • 漢数字「東京都港区海岸一丁目一番一号」
  • アラビア数字「東京都港区海岸1丁目1番1号」「東京都港区海岸１丁目１番１号」
  • 丁目、番地、号の省略「東京都港区海岸1-1-1」「東京都港区海岸１－１－１」

一応、不正解との比較もします。
なお、町名までは合っているもの（郵便番号があっている前提なので）としました。

環境構築

まずはベースモデルとして、日本語用Sentence-BERTモデル（バージョン2）を使用します。
ライセンスは「cc-by-sa-4.0」とのことですので、利用を明記しておけば商用利用も可能です。

インストール

以下をインストールします。（詳細は省略）

• CUDA 11.8、cuDNN v8.9.4
• PyTorch 2.0.1（とりあえずGPU版）
• transformers 4.7.0
• fugashi、ipadic

また、ローカル環境でJupyterNotebookを使いました。
（matplotlibも使用しました）

ソース

公式ページに従い、以下のコードを作成します。（途中まで）

from transformers import BertJapaneseTokenizer, BertModel
import torch


class SentenceBertJapanese:
    def __init__(self, model_name_or_path, device=None):
        self.tokenizer = BertJapaneseTokenizer.from_pretrained(model_name_or_path)
        self.model = BertModel.from_pretrained(model_name_or_path)
        self.model.eval()

        if device is None:
            device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
        self.device = torch.device(device)
        self.model.to(device)

    def _mean_pooling(self, model_output, attention_mask):
        token_embeddings = model_output[0] #First element of model_output contains all token embeddings
        input_mask_expanded = attention_mask.unsqueeze(-1).expand(token_embeddings.size()).float()
        return torch.sum(token_embeddings * input_mask_expanded, 1) / torch.clamp(input_mask_expanded.sum(1), min=1e-9)


    def encode(self, sentences, batch_size=8):
        all_embeddings = []
        iterator = range(0, len(sentences), batch_size)
        for batch_idx in iterator:
            batch = sentences[batch_idx:batch_idx + batch_size]

            encoded_input = self.tokenizer.batch_encode_plus(batch, padding="longest", 
                                           truncation=True, return_tensors="pt").to(self.device)
            model_output = self.model(**encoded_input)
            sentence_embeddings = self._mean_pooling(model_output, encoded_input["attention_mask"]).to('cpu')

            all_embeddings.extend(sentence_embeddings)

        # return torch.stack(all_embeddings).numpy()
        return torch.stack(all_embeddings)


MODEL_NAME = "sonoisa/sentence-bert-base-ja-mean-tokens-v2"  # <- v2です。
model = SentenceBertJapanese(MODEL_NAME)

そのあとに、今回のデータを用意して、ベクトルを求めます。

sentences = [
    # 正解
    "東京都港区海岸一丁目２番３号",
    # 表記ゆれ
    "東京都港区海岸一丁目2番3号",
    "東京都港区海岸一丁目二番三号",
    "東京都港区海岸1丁目2番3号",
    "東京都港区海岸１丁目２番３号",
    "東京都港区海岸1-2-3",
    "東京都港区海岸１－２－３",
    # 不正解
    "東京都港区海岸一丁目１番１号",
    "東京都港区海岸一丁目1番1号",
    "東京都港区海岸一丁目一番一号",
    "東京都港区海岸1丁目1番1号",
    "東京都港区海岸１丁目１番１号",
    "東京都港区海岸1-1-1",
    "東京都港区海岸１－１－１"
]
sentence_vectors = model.encode(sentences)

ここでは768次元のベクトルが求まります。

最後に正解とのコサイン距離を求めます。

import scipy.spatial
distances = scipy.spatial.distance.cdist(sentence_vectors, sentence_vectors, metric="cosine")[0]

結果

何のチューニングもしない状態で、以下の結果になりました。

		東京都港区海岸一丁目２番３号
1	東京都港区海岸一丁目2番3号	2.22044605e-16
2	東京都港区海岸一丁目二番三号	6.11741123e-02
3	東京都港区海岸1丁目2番3号	7.29590979e-03
4	東京都港区海岸１丁目２番３号	7.29590979e-03
5	東京都港区海岸1-2-3	5.00328437e-02
6	東京都港区海岸１－２－３	5.00328437e-02
7	東京都港区海岸一丁目１番１号	2.45641245e-01
8	東京都港区海岸一丁目1番1号	2.45641314e-01
9	東京都港区海岸一丁目一番一号	2.57492124e-01
10	東京都港区海岸1丁目1番1号	2.58257453e-01
11	東京都港区海岸１丁目１番１号	2.58257453e-01
12	東京都港区海岸1-1-1	2.06726289e-01
13	東京都港区海岸１－１－１	2.06726289e-01

一応、正解（表記ゆれ）／不正解はわかりそう。
なおアラビア数字・ハイフンの半角・全角は、どっちかにそろえてから処理していそうですね。

今後の予定

• 今のモデルを住所の表記ゆれ用にチューニングしたいと思います
• モデル自体をもっと性能の良いものに見直したいです

参考資料

こちらを参考にさせていただいております。