很久很久以前,当我想用 C 语言处理中文时,遇到了一些麻烦:C 语言中的 char 只占用 1 字节,但是 GBK 编码的汉字会占用两个字节。如果直接使用 char,会遇到一些非常神奇的问题,比如“页苑估”字符串中含有“吃饭”子串[1]。处理 GBK 编码其实也挺简单,判断一下,如果发现某个 char 的最高位是1,就和下一个 char 合起来考虑。偷懒的办法就是预处理一遍,把合并后的结果存到 short int(其实还有 wchar_t 这种专用的宽字符变量类型,使用时需要注意在 Windows 下是2字节,而在 Linux 下是4字节) 里,这样每个变量就可以表示一个字符了。

  当我知道 C#、Java 的 char 是一个 16 位的存储单元时,我就开始天真的以为“终于一个 char 可以表示一个汉字了”。虽然之后也听说了 C# 和 Java 中的 char 是以 Unicode 的形式存储的(确切的说,是 UTF-16),但是对一个 char 表示一个字符的观念,一直没有改变,直到昨天膝盖中了一箭……

  我在处理维基百科语料时,想统计一下里面出现了多少种不同的字符。随手就写了一个逐 char 的循环,统计之后输出 <char, 出现次数> 的二元组。 结果写文件的时候,抛出了这个异常:

未经处理的异常: System.Text.EncoderFallbackException: 无法将位于索引 551 处的 Unicode 字符 \uD86A 转换为指定的代码页。

  搜索良久,没发现有人遇到这个问题。只好开始猜想,是不是有些字符能用 UTF-16 表示,但不能用 UTF-8 表示?又或许有些 char 不能独立存在?

  第二个猜想在 Unicode 的官网找到了答案[2],同时也否定了第一个猜想:

The Unicode Standard encodes characters in the range U+0000..U+10FFFF, which amounts to a 21-bit code space. Depending on the encoding form you choose (UTF-8, UTF-16, or UTF-32), each character will then be represented either as a sequence of one to four 8-bit bytes, one or two 16-bit code units, or a single 32-bit code unit.

  里面涉及了两个要点。1. Unicode 编码的范围是固定的,Unicode 字符可以选用 UTF-8、UTF-16、UTF-32 这些编码方式来存储,也就是说这三种编码方式可以无损转换。2. 一个 Unicode 字符,在使用 UTF-16 编码方式存储时,会使用1个或两个码元(code unit),也就是 C# 里面的 char。

  于是有些Unicode字符,在 UTF-16 编码方式下,需要用两个码元来表示。在维基百科里找到一个例子:“𪚥”。这个字就需要两个码元来表示。UTF-16 把表示这种字的两个码元称作“代理对(surrogate pair)”,代理对由高位代理和低位代理组合而成,下面的 C# 代码展示了这个分解过程。

var str = "𪚥";
Console.WriteLine(str.Length);
Console.WriteLine(Char.IsHighSurrogate(str[0]));
Console.WriteLine(Char.IsLowSurrogate(str[1]));

  那是不是一个 Unicode 字符就是一个显示字符呢?答案居然是“否”!

  世界上还有“组合字符[4]”这种神一般的存在,最常见的一个肯定很多人都见过“ส้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้”。用来破坏排版的神器。这真的是一个显示字符,不信的话,你可以把它复制下来粘贴到 Word 里,看看是不是占了一个字符的位置。当然,一些比较弱的软件可能不能正常显示这个字符。组合字符一般是用来给拉丁文加重音符号等附加符号的,比如 Ä = A + ¨,也可以在一个字符后面加入一堆附加符号,形成刚才那个神器的效果。

  当然,C#这样的高级语言处理显示字符也是比较方便的,使用 StringInfo [5]类即可,比如下面的代码会输出 39、1。想要逐字符提取可以用 StringInfo 类中的其它方法,非常方便。Java 中应该也有类似的方法,没去调研。

var str = "ส้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้";
Console.WriteLine(str.Length);
StringInfo si = new StringInfo(str);
Console.WriteLine(si.LengthInTextElements);

  最后,在@trouger 的帮助下,我们发现 UTF-8 编码[6]在多字节时,各字节的首位均是 1。利用这一点,如果我想用 C 语言写一个简单的程序,把 UTF-8 编码的文件按照空格分割(或者任意ASCII字符),直接使用 C 语言的 char 就可以完全胜任,无需考虑复杂的编码方式。

[1] 百度之星2007程序设计大赛 两场初赛题目点评 http://www.baiduer.com.cn/2007-06/1207.html
[2] UTF-8, UTF-16, UTF-32 & BOM http://www.unicode.org/faq/utf_bom.html
[3] 码元 – 维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/码元
[4] 组合字符 – 维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/组合字符
[5] StringInfo Class http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.globalization.stringinfo.aspx
[6] UTF-8 – 维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/UTF-8

  最近做实验需要较大规模的中文语料,很自然的就想到使用维基百科的中文数据。

  使用维基百科做训练语料有很多好处:

  1. 维基百科资源获取非常方便,有 Wiki Dump 可以直接下载,所有的最新备份都在里面。最近的一次备份是3月底,也就是5天前。相比之下,其他很多语料都需要用爬虫抓取,或者付费获得。
  2. 维基百科的文档解析有非常多的成熟工具,直接使用开源工具即可完成正文的提取。
  3. 维基百科的质量较高,而且领域广泛(比较适合我要做的问题)。

  当然,缺点也有:最主要的就是数量较少,相比国内的百度百科、互动百科等,数据量要少一个数量级。

  直接切入正题。
  

第一步,下载中文的 Wiki Dump

  链接是:http://download.wikipedia.com/zhwiki/latest/zhwiki-latest-pages-articles.xml.bz2。这个压缩包里面存的是标题、正文部分,如果需要其他数据,如页面跳转、历史编辑记录等,可以到目录下找别的下载链接。
  

第二步,使用 Wikipedia Extractor 抽取正文文本

  Wikipedia Extractor 是意大利人用 Python 写的一个维基百科抽取器,使用非常方便。下载之后直接使用这条命令即可完成抽取,运行了大约半小时的时间。
  bzcat zhwiki-latest-pages-articles.xml.bz2 | python WikiExtractor.py -b 1000M -o extracted >output.txt
  参数 -b 1000M 表示以 1000M 为单位切分文件,默认是 500K。由于最后生成的正文文本不到 600M,把参数设置的大一些可以保证最后的抽取结果全部存在一个文件里。
  

第三步,繁简转换

  维基百科的中文数据是繁简混杂的,里面包含大陆简体、台湾繁体、港澳繁体等多种不同的数据。有时候在一篇文章的不同段落间也会使用不同的繁简字。
  解决这个问题最佳的办法应该是直接使用维基百科自身的繁简转换方法(参照 http://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:繁简处理)。不过维基百科网站虽然是开源的,但要把里面的繁简转换功能拆解出来,有一定的难度。
  为了方便起见,我直接使用了开源项目 opencc。参照安装说明的方法,安装完成之后,使用下面的命令进行繁简转换,整个过程大约需要1分钟。(opencc新地址 2016-10-11更新)
  opencc -i wiki_00 -o wiki_chs -c zht2zhs.ini
  命令中的 wiki_00 这个文件是此前使用 Wikipedia Extractor 得到的。

  到此为止,已经完成了大部分繁简转换工作。实际上,维基百科使用的繁简转换方法是以词表为准,外加人工修正。人工修正之后的文字是这种格式,多数是为了解决各地术语名称不同的问题:

他的主要成就包括Emacs及後來的GNU Emacs,GNU C 編譯器及-{zh-hant:GNU 除錯器;zh-hans:GDB 调试器}-。

  对付这种可以简单的使用正则表达式来解决。一般简体中文的限定词是 zh-hans 或 zh-cn,在C#中用以下代码即可完成替换:

s = Regex.Replace(s, @"-\{.*?(zh-hans|zh-cn):([^;]*?);.*?\}-", @"$2");

  由于 Wikipedia Extractor 抽取正文时,会将有特殊标记的外文直接剔除,最后形成类似这样的正文:

西方语言中“数学”(;)一词源自于古希腊语的()

  虽然上面这句话是读不通的,但鉴于这种句子对我要处理的问题影响不大,就暂且忽略了。最后再将「」「」『』这些符号替换成引号,顺便删除空括号,就大功告成了!

  通过上述方法得到的维基百科简体中文纯文本语料约 528M。