编程语言是软件开发行业的主要工具。自20世纪40年代以来，已经出现了数百种编程语言，并且每天都有大量的各种编程语言的代码被推送到代码库中。
我们认为，根据代码识别编程语言的源代码分类器将是一个非常有用的工具，因为它可用于在线自动语法高亮和标签建议，比如可用在StackOverflow和技术维基网站上。这个想法促使我们根据最新的AI技术编写一个对代码片段依据编程语言进行分类的模型。
我们使用GitHub API从GitHub上收集了数十万个源代码文件。在训练模型之前，必须处理原始数据以消除和减少一些不需要的特征。最终完成的分类器的性能非常得好，你可以在本文结尾找到相关的结果，以及有关模型决策的一些解释。
数据
我们根据编程语言的受欢迎程度选择了其中的一部分。图1显示了2014年第四季度GitHub上最常用的49种语言[1]。此分析仅考虑活跃的代码库，即在此期间至少有一行代码被推送进去的存储库。我们也将HTML和XML添加到列表中，虽然人们可能并不认为它们是编程语言，但毕竟它们是与软件开发项目相关的。基于同样的原因，我们也添加了SQL。
图表1 - 活跃代码库（点击查看原图）
我们使用GitHub API来抓取代码库。下图显示了经过几天抓取后的数据形状。我们抓取了数千个代码库，但忽略了大小超过100MB的，以避免花费太多的时间进行下载和预处理。我们使用文件扩展名来标记每个样本所用的编程语言（例如，file.php是PHP源文件）。 C#是代码量最多的编程语言，而Arduino在我们爬取的资源中是最少的。为了避免训练集的不平衡，每个种类我们最多使用了一万个例子。
图表2 - 抓取的文件（点击查看原图）
混杂的源代码
仔细看一下原始数据，我们发现一些令人深思的行为和特征，这并不令人惊讶，因为这些数据是从实际的代码库中抓取的。最常见的情况是单个文件混杂了多个语言，这在网络应用程序中很常见（如JavaScript、HTML、CSS、PHP和ASP）。下面这段从.asp源文件中提取出来的ASP代码说明了这种情况。
图1 - 混杂的语言
在这个例子中，我们只想为每个文档分配一个种类。因此，对于在单个源代码文件中使用混合语言，我们只保留该文件主要语言的代码片段（从其扩展名推断），并删去其他语言的所有内容。为此，我们对于每种语言使用已知的保留词和表达式。例如，我们知道<％php和％>之间的所有内容都是php代码，所以如果是.php文件，我们只保留这些内容，并删除其他的内容。通过同样的方法，我们可以使用正则表达式或Python中的内置解析器从代码中剥离HTML标签。
这些文档中另一个常见的特征是嵌入式代码片段。例如，在下面的JavaScript脚本中，引号之间嵌入了C代码段。这是另一种非常常见的混合代码。我们通过用占位符替换引号之间的所有内容来化这个问题（在这个例子中，我们使用strv作为字符串占位符）。
图2 - JavaScript代码段中嵌入了“隐藏的”C代码
符号化
在预处理之后，源代码中仍然包括了转义的换行符和制表符，因此，我们需要对所有文本进行符号化。在这个步骤中，我们必须保留代码所有的语法信息。我们使用正则表达式[\w']+|[""!"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\]^_`{|}~""\\]来提取符号。完成这一步之后，这些数据就可以进行训练了。
Python
print "This is using getsize"
for root, dirs, files in os.walk('/tmp'):
print root, "consumes"
AI 代码解读
符号化之后
print strv \n for root, dirs, files in os.walk(strv):\n\t print root, strv
AI 代码解读
预处理完成后
['print', 'strv', 'for', 'root', ',', 'dirs', ',', 'files', 'in', 'os', '.', 'walk', '(', 'strv', ')', ':', 'print', 'root,', '"', 'strv']
AI 代码解读
模型
近来，卷积神经网络（CNN）正受到越来越多的NLP项目的青睐。特别是在文本分类方面，深度学习模型取得了显着的成果[2,3]。我们的模型使用了一个单词嵌入层，然后是一个带有多个过滤器的卷积层、一个最大池层，最后是一个softmax层（图3）。我们使用了一个非静态并且随机初始化的嵌入层，因此需要从头开始训练矢量。
图3 - 卷积神经网络模型
结果
我们对10％的数据进行了测试，并计算出每个标签的准确性、精度、回调率和f1评分。总体结果分别为97％、96％、96％和96％。每个标签的成绩也相当得高（图3）。
图表3 - 每个种类的结果（点击查看原图）
结果看起来还不错，让我们来看一下预测的解释说明来检查分类器是如何做出决策的。我们使用LIME生成“解释说明”，该“解释说明”高亮了与每个标签最相关的单词。这样，我们就知道了模型为什么选择这个标签而不是另一个标签。
Scala代码片段：
object HelloWorld {
def main(args: Array[String]) {
println("Hello, world!")
}
}
AI 代码解读
结果说明：
Java代码片段：
BufferedWriter out = null;
try {
out = new BufferedWriter(new FileWriter("filename", true));
out.write("aString");
} catch (IOException e) {
// error processing code
} finally {
if (out != null) {
out.close();
}
}
AI 代码解读
说明：
OCaml代码片段：
# let average a b =
let sum = a +. b in
sum /. 2.0;;
val average : float -> float -> float =
AI 代码解读
未来的方向
虽然分类器的性能很高，但仍有改进的空间。例如，尝试着使用直接从字符学习的字符级模型，这样就用不着单词嵌入层了[4]。此外，可以试着获取每种编程语言的版本数据，这样就能给源代码添加特定版本号了。
参考资料
- Githut – http://githut.info/
- Kim, Y. (2014). 用于语句分类的卷积神经网络。 有关2014届自然语言处理会议的经验方法 (EMNLP 2014), 1746–1751.
- Wang, P., Xu, J., Xu, B., Liu, C., Zhang, H., Wang, F., & Hao, H. (2015). 基于语义聚类和卷积神经网络的短文本分类。 Proceedings ACL 2015, 352–357.
- Zhang, X., Zhao, J., & LeCun, Y. (2015). 用于文本分类的字符级卷积网络, 1–9.
文章原标题《Source Code Classification Using Deep Learning》，作者：Robson Montenegro，译者：夏天，审校：主题曲。
文章为简译，更为详细的内容，请查看原文
