NLP工具包

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NLP工具包介绍


LTP制定了基于XML的语言处理结果表示,并在此基础上提供了一整套自底向上的丰富、高效、高精度的中文自然语言处理模块 (包括词法、句法、语义等5项中文处理核心技术)

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功能特色


分词

中文分词 (Word Segmentation WS) 指的是将汉字序列切分成词序列。 因为在汉语中,词是承载语义的最基本的单元。分词是信息检索、文本分类、情感分析等多项中文自然语言处理任务的基础。

例如,句子

国务院总理李克强调研上海外高桥时提出,支持上海积极探索新机制。
正确分词的结果是
国务院/ 总理/ 李克强/ 调研/ 上海/ 外高桥/ 时/ 提出/ ,/ 支持/ 上海/ 积极/ 探索/ 新/ 机制/ 。
如果分词系统给出的切分结果是
国务院/ 总理/ 李克/ 强调/ 研/ 上海 …
因为强调也是一个常见的词,所以很可能出现这种分词结果。 那么,如果想要搜索和李克强相关的信息时,搜索引擎就很难检索到该文档了。


切分歧义是分词任务中的主要难题。 LTP的分词模块基于机器学习框架,可以很好地解决歧义问题。 同时,模型中融入了词典策略,使得LTP的分词模块可以很便捷地加入新词信息。

词性标注

词性标注(Part-of-speech Tagging POS)是给句子中每个词一个词性类别的任务。 这里的词性类别可能是名词、动词、形容词或其他。 下面的句子是一个词性标注的例子。 其中,v代表动词、n代表名词、c代表连词、d代表副词、wp代表标点符号。

国务院/ni 总理/n 李克强/nh 调研/v 上海/ns 外高桥/ns 时/n 提出/v ,/wp 支持/v 上海/ns 积极/a 探索/v 新/a 机制/n 。/wp


词性作为对词的一种泛化,在语言识别、句法分析、信息抽取等任务中有重要作用。 比方说,在抽取“歌曲”的相关属性时,我们有一系列短语:

儿童歌曲
欢快歌曲
各种歌曲
悲伤歌曲
...
如果进行了词性标注,我们可以发现一些能够描述歌曲属性的模板,比如
[形容词]歌曲
[名词]歌曲
[代词]歌曲往往不是描述歌曲属性的模板。


词性标记集:LTP中采用863词性标注集,其各个词性含义如下表:

TagDeionExampleTagDeionExample
aadjective美丽niorganization name保险公司
bother noun-modifier大型 西式nllocation noun城郊
cconjunction和 虽然nsgeographical name北京
dadverbnttemporal noun近日 明代
eexclamationnzother proper noun诺贝尔奖
gmorpheme茨 甥oonomatopoeia哗啦
hprefix阿 伪ppreposition在 把
iidiom百花齐放qquantity
jabbreviation公检法rpronoun我们
ksuffix界 率uauxiliary的 地
mnumber一 第一vverb跑 学习
ngeneral noun苹果wppunctuation,。!
nddirection noun右侧wsforeign wordsCPU
nhperson name杜甫 汤姆xnon-lexeme萄 翱


命名实体识别

命名实体识别 (Named Entity Recognition NER) 是在句子的词序列中定位并识别人名、地名、机构名等实体的任务。 如之前的例子,命名实体识别的结果是:

国务院 (机构名) 总理李克强 (人名) 调研上海外高桥 (地名) 时提出,支持上海 (地名) 积极探索新机制。


命名实体识别对于挖掘文本中的实体进而对其进行分析有很重要的作用。

命名实体识别的类型一般是根据任务确定的。LTP提供最基本的三种实体类型人名、地名、机构名的识别。 用户可以很容易将实体类型拓展成品牌名、软件名等实体类型。

依存句法分析

依存语法 (Dependency Parsing DP) 通过分析语言单位内成分之间的依存关系揭示其句法结构。 直观来讲,依存句法分析识别句子中的“主谓宾”、“定状补”这些语法成分,并分析各成分之间的关 系。仍然是上面的例子,其分析结果为: 

从分析结果中我们可以看到,句子的核心谓词为“提出”,主语是“李克强”,提出的宾语是“支持上海…”,“调研…时”是“提出”的 (时间) 状语,“李克强”的修饰语是“国务院总理”,“支持”的宾语是“探索 新机制”。有了上面的句法分析结果,我们就可以比较容易的看到,“提出者”是“李克强”,而不是“上海”或“外高桥”,即使它们都是名词,而且距离“提出”更近。

依存句法分析标注关系 (共15种) 及含义如下:

关系类型TagDeionExample
主谓关系SBVsubject-verb我送她一束花 (我 <-- 送)
动宾关系VOB直接宾语,verb-我送她一束花 (送 --> 花)
间宾关系IOB间接宾语,indirect-我送她一束花 (送 --> 她)
前置宾语FOB前置宾语,fronting-他什么书都读 (书 <-- 读)
兼语DBLdouble他请我吃饭 (请 --> 我)
定中关系ATTattribute红苹果 (红 <-- 苹果)
状中结构ADVadverbial非常美丽 (非常 <-- 美丽)
动补结构CMPcomplement做完了作业 (做 --> 完)
并列关系COOcoordinate大山和大海 (大山 --> 大海)
介宾关系POBpreposition-在贸易区内 (在 --> 内)
左附加关系LADleft adjunct大山和大海 (和 <-- 大海)
右附加关系RADright adjunct孩子们 (孩子 --> 们)
独立结构ISindependent structure两个单句在结构上彼此独立
标点WPpunctuation
核心关系HEDhead指整个句子的核心


语义角色标注

语义角色标注 (Semantic Role Labeling SRL) 是一种浅层的语义分析技术,标注句子中某些短语为给定谓词的论元 (语义角色) ,如施事、受事、时间和地点等。其能够对问答系统、信息抽取和机器翻译等应用产生推动作用。 仍然是上面的例子,语义角色标注的结果为: 

其中有三个谓词提出调研探索。以探索为例,积极是它的方式(一般用ADV表示),而新机制则是它的受事(一般用A1表示)

核心的语义角色为 A0-5 六种,A0 通常表示动作的施事,A1通常表示动作的影响等,A2-5 根据谓语动词不同会有不同的语义含义。其余的15个语义角色为附加语义角色,如LOC 表示地点,TMP 表示时间等。附加语义角色列表如下:

标记说明
ADVadverbial default tag ( 附加的,默认标记 )
BNEbeneficiary ( 受益人 )
CNDcondition ( 条件 )
DIRdirection ( 方向 )
DGRdegree ( 程度 )
EXTextent ( 扩展 )
FRQfrequency ( 频率 )
LOClocative ( 地点 )
MNRmanner ( 方式 )
PRPpurpose or reason ( 目的或原因 )
TMPtemporal ( 时间 )
TPCtopic ( 主题 )
CRDcoordinated arguments ( 并列参数 )
PRDpredicate ( 谓语动词 )
PSRpossessor ( 持有者 )
PSEpossessee ( 被持有 )


语义依存分析

语义依存分析 (Semantic Dependency Parsing SDP),分析句子各个语言单位之间的语义关联,并将语义关联以依存结构呈现。 使用语义依存刻画句子语义,好处在于不需要去抽象词汇本身,而是通过词汇所承受的语义框架来描述该词汇,而论元的数目相对词汇来说数量总是少了很多的。语义依存分析目标是跨越句子表层句法结构的束缚,直接获取深层的语义信息。 例如以下三个句子,用不同的表达方式表达了同一个语义信息,即张三实施了一个吃的动作,吃的动作是对苹果实施的。

语义依存分析不受句法结构的影响,将具有直接语义关联的语言单元直接连接依存弧并标记上相应的语义关系。这也是语义依存分析与句法依存分析的重要区别。

如上例对比了句法依存和语义分析的结果,可以看到两者存在两个显著差别。第一,句法依存某种程度上更重视非实词(如介词)在句子结构分析中的作用,而语义依存更倾向在具有直接语义关联的实词之间建立直接依存弧,非实词作为辅助标记存在。 第二,两者依存弧上标记的语义关系完全不同,语义依存关系是由论元关系引申归纳而来,可以用于回答问题,如我在哪里喝汤,我在用什么喝汤,谁在喝汤,我在喝什么。但是句法依存却没有这个能力。

语义依存与语义角色标注之间也存在关联,语义角色标注只关注句子主要谓词的论元及谓词与论元之间的关系,而语义依存不仅关注谓词与论元的关系,还关注谓词与谓词之间、论元与论元之间、论元内部的语义关系。语义依存对句子语义信息的刻画更加完整全面。

语义依存关系分为三类,分别是主要语义角色,每一种语义角色对应存在一个嵌套关系和反关系;事件关系,描述两个事件间的关系;语义依附标记,标记说话者语气等依附性信息。

关系类型TagDeionExample
施事关系AgtAgent我送她一束花 (我 <-- 送)
当事关系ExpExperiencer我跑得快 (跑 --> 我)
感事关系AftAffection我思念家乡 (思念 --> 我)
领事关系PossPossessor他有一本好读 (他 <-- 有)
受事关系PatPatient他打了小明 (打 --> 小明)
客事关系ContContent他听到鞭炮声 (听 --> 鞭炮声)
成事关系ProdProduct他写了本小说 (写 --> 小说)
源事关系OrigOrigin我军缴获敌人四辆坦克 (缴获 --> 坦克)
涉事关系DatvDative他告诉我个秘密 ( 告诉 --> 我 )
比较角色CompComitative他成绩比我好 (他 --> 我)
属事角色BelgBelongings老赵有俩女儿 (老赵 <-- 有)
类事角色ClasClassification他是中学生 (是 --> 中学生)
依据角色AccdAccording本庭依法宣判 (依法 <-- 宣判)
缘故角色ReasReason他在愁女儿婚事 (愁 --> 婚事)
意图角色IntIntention为了金牌他拼命努力 (金牌 <-- 努力)
结局角色ConsConsequence他跑了满头大汗 (跑 --> 满头大汗)
方式角色MannManner球慢慢滚进空门 (慢慢 <-- 滚)
工具角色ToolTool她用砂锅熬粥 (砂锅 <-- 熬粥)
材料角色MaltMaterial她用小米熬粥 (小米 <-- 熬粥)
时间角色TimeTime唐朝有个李白 (唐朝 <-- 有)
空间角色LocLocation这房子朝南 (朝 --> 南)
历程角色ProcProcess火车正在过长江大桥 (过 --> 大桥)
趋向角色DirDirection部队奔向南方 (奔 --> 南)
范围角色ScoScope产品应该比质量 (比 --> 质量)
数量角色QuanQuantity一年有365天 (有 --> 天)
数量数组QpQuantity-phrase三本书 (三 --> 本)
频率角色FreqFrequency他每天看书 (每天 <-- 看)
顺序角色SeqSequence他跑第一 (跑 --> 第一)
描写角色Desc(Feat)Deion他长得胖 (长 --> 胖)
宿主角色HostHost住房面积 (住房 <-- 面积)
名字修饰角色NmodName-modifier果戈里大街 (果戈里 <-- 大街)
时间修饰角色TmodTime-modifier星期一上午 (星期一 <-- 上午)
反角色r   main role
打篮球的小姑娘 (打篮球 <-- 姑娘)
嵌套角色d   main role
爷爷看见孙子在跑 (看见 --> 跑)
并列关系eCooevent Coordination我喜欢唱歌和跳舞 (唱歌 --> 跳舞)
选择关系eSeltevent Selection您是喝茶还是喝咖啡 (茶 --> 咖啡)
等同关系eEquevent Equivalent他们三个人一起走 (他们 --> 三个人)
先行关系ePrecevent Precedent首先,先
顺承关系eSuccevent Successor随后,然后
递进关系eProgevent Progression况且,并且
转折关系eAdvtevent adversative却,然而
原因关系eCauevent Cause因为,既然
结果关系eResuevent Result因此,以致
推论关系eInfevent Inference才,则
条件关系eCondevent Condition只要,除非
假设关系eSuppevent Supposition如果,要是
让步关系eConcevent Concession纵使,哪怕
手段关系eMetdevent Method
目的关系ePurpevent Purpose为了,以便
割舍关系eAbanevent Abandonment与其,也不
选取关系ePrefevent Preference不如,宁愿
总括关系eSumevent Summary总而言之
分叙关系eRectevent Recount例如,比方说
连词标记mConjRecount Marker和,或
的字标记mAuxAuxiliary的,地,得
介词标记mPrepPreposition把,被
语气标记mToneTone吗,呢
时间标记mTimeTime才,曾经
范围标记mRangRange都,到处
程度标记mDegrDegree很,稍微
频率标记mFreqFrequency Marker再,常常
趋向标记mDirDirection Marker上去,下来
插入语标记mParsParenthesis Marker总的来说,众所周知
否定标记mNegNegation Marker不,没,未
情态标记mModModal Marker幸亏,会,能
标点标记mPuncPunctuation Marker,。!
重复标记mPeptRepetition Marker走啊走 (走 --> 走)
多数标记mMajMajority Marker们,等
实词虚化标记mVainVain Marker
离合标记mSepaSeperation Marker吃了个饭 (吃 --> 饭) 洗了个澡 (洗 --> 澡)
根节点RootRoot全句核心节点



各模块技术指标


分词

中文分词指的是将汉字序列切分成词序列的问题。 因为在汉语中,词是承载语义的最基本的单元,分词成了是包括信息检索、文本分类、情感分析等多项中文自然语言处理任务的基础。

由于在自然语言处理框架中的基础地位,很多学者对于中文分词任务进行了深入的研究。 主流的分词算法包括基于词典匹配的方法和基于统计机器学习的方法。 LTP分词模块使用的算法将两种方法进行了融合,算法既能利用机器学习较好的消歧能力,又能灵活地引入词典等外部资源。

在LTP中,我们将分词任务建模为基于字的序列标注问题。 对于输入句子的字序列,模型给句子中的每个字标注一个标识词边界的标记。

同时,为了提高互联网文本特别是微博文本的处理性能。我们在分词系统中加入如下一些优化策略:

  • 英文、URI一类特殊词识别规则

  • 利用空格等自然标注线索

  • 在统计模型中融入词典信息

  • 从大规模未标注数据中统计字间互信息、上下文丰富程度


分词模块在人民日报数据集上的性能如下

  • 准确率



  • PRF
    开发集0.9731520.9724300.972791
    测试集0.9723160.9703540.972433
  • 运行时内存:119m

  • 速度:176.91k/s


词性标注

与分词模块相同,我们将词性标注任务建模为基于词的序列标注问题。 对于输入句子的词序列,模型给句子中的每个词标注一个词性标记。 在LTP中,我们采用的北大标注集。

词性标注模块在人民日报数据集上的性能如下。

  • 语料信息:人民日报1998年2月-6月(后10%数据作为开发集)作为训练数据,1月作为测试数据。

  • 准确率:


    P
    开发集0.979621
    测试集0.978337
  • 运行时内存:291m

  • 速度:106.14k/s


命名实体识别

与分词模块相同,我们将命名实体识别建模为基于词的序列标注问题。对于输入句子的词序列,模型给句子中的每个词标注一个标识命名实体边界和实体类别的标记。在LTP中,我们支持人名、地名、机构名三类命名实体的识别。

基础模型在几种数据集上的性能如下:

  • 语料信息:人民日报1998年1月数据作为训练集(后10%数据作为开发集),6月前10000句作为训练数据。

  • 准确率


    PRF
    开发集0.9247690.9088580.916745
    测试集0.9429120.9405380.941724
  • 运行时内存:21m


依存句法分析

基于图的依存分析方法由McDonald首先提出,他将依存分析问题归结为在一个有向图中寻找最大生成树(Maximum Spanning Tree)的问题。

在依存句法分析模块中,LTP分别实现了

  • 一阶解码(1o)

  • 二阶利用子孙信息解码(2o-sib)

  • 二阶利用子孙和父子信息(2o-carreras)


在LDC数据集上,三种不同解码方式对应的性能如下表所示。

model1o
2o-sib
2o-carreras

UasLasUasLasUasLas
Dev0.81900.78930.85010.82130.85820.8294
Test0.81180.78130.84210.81060.84470.8138
Speed49.4 sent./s
9.4 sent./s
3.3 sent./s
Mem.0.825g
1.3g
1.6g



语义角色标注


在LTP中,我们将SRL分为两个子任务,其一是谓词的识别(Predicate Identification PI),其次是论元的识别以及分类(Argument Identification and Classification AIC)。对于论元的识别及分类,我们将其视作一个联合任务,即将“非论元”也看成是论元分类问题中的一个类别。在SRL系统中,我们在最大熵模型中引入L1正则,使得特征维度降至约为原来的1/40,从而大幅度地减小了模型的内存使用率,并且提升了预测的速度。同时,为了保证标注结果满足一定的约束条件,系统增加了一个后处理过程。

在CoNLL 2009评测数据集上,利用LTP的自动词性及句法信息,SRL性能如下所示。

PrecisionRecallF-ScoreSpeedMem.
0.84440.72340.779241.1 sent./s94M(PI AIC)



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