劉 熱

（無錫科技職業(yè)學(xué)院軟件與服務(wù)外包學(xué)院，江蘇無錫 214008）

隨著Web2.0技術(shù)的飛速發(fā)展，微博作為一種新興媒體，已經(jīng)成為人們信息共享和搜索的重要方式。人們不但可以利用微博發(fā)布信息，還可以在微博上搜索信息，收看各種實(shí)時(shí)新聞資訊。在Web2.0時(shí)代，微博兼有博客和即時(shí)通訊兩種Web服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，它允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)發(fā)布信息，而發(fā)布信息的用戶的關(guān)注者會(huì)實(shí)時(shí)收到該信息。Twitter，作為世界上擁有注冊用戶和活躍用戶最多的微博平臺(tái)，到2012年6月已經(jīng)擁有超過5億的注冊用戶，并且用戶數(shù)量仍在快速增長。

由于微博平臺(tái)中包含數(shù)以億計(jì)的用戶，且這些用戶每天在微博上頻繁地更新自己的狀態(tài)信息，于是產(chǎn)生了海量的微博信息。在海量的微博信息中，有一部分消息是相關(guān)的，他們是對于某一事件的描述和評論，這些消息就構(gòu)成了對某一熱點(diǎn)話題的討論。在微博平臺(tái)中，面對海量的微博信息，如何發(fā)現(xiàn)用戶所關(guān)心的話題是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。在話題發(fā)現(xiàn)（也叫話題檢測）中，可以將微博信息看作文檔，然后利用文本檢索和聚類技術(shù)對話題進(jìn)行檢測［1－3］。由于每條微博信息只包含不到140個(gè)字符，因此采用文檔模型建立起來的矩陣非常稀疏，并且聚類分析得到的結(jié)果也不能令人滿意。在微博信息中，相同的話題往往包含相同的詞匯，如果將每條微博信息看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將包含相同的詞匯的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間建立一個(gè)鏈接，那么這些微博信息就可以構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行社團(tuán)挖掘便可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中隱含的熱點(diǎn)話題。

在上述話題網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程中，由于微博信息量大，傳統(tǒng)的分布式或并行系統(tǒng)并不能很好地滿足系統(tǒng)的性能要求。MapReduce編程模型［4］是Google公司提出的，其專門用于數(shù)據(jù)密集型數(shù)據(jù)處理。Hadoop［5］作為MapReduce編程模型的開源實(shí)現(xiàn)，近幾年在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都引起了高度的重視和廣泛的研究。本文采用Hadoop平臺(tái)作為數(shù)據(jù)處理的平臺(tái)，研究了如何在海量的微博數(shù)據(jù)中利用MapReduce編程模型實(shí)現(xiàn)話題網(wǎng)絡(luò)的提取。

1 相關(guān)工作

1.1 話題檢測

話題檢測是從成千上萬的用戶發(fā)言中將發(fā)言內(nèi)容分類，并將重要的類別識(shí)別出來的過程，是社會(huì)網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。常用的模型有向量空間模型、差異概率模型［6］和LDA模型［7］。

向量空間模型［8－9］是將文本文檔看作由一個(gè)個(gè)單詞構(gòu)成的序列，在這些單詞序列中，單詞之間是有順序的。因此一個(gè)文檔集合就可以看作一個(gè)矩陣，應(yīng)用聚類方法就可以對文檔進(jìn)行分類，然后提取出文檔所包含的話題。差異概率模型［8］是一種簡單有效的分析微博中話題的模型，該模型等價(jià)于經(jīng)典的帶有特征選擇和時(shí)序差別權(quán)重的向量空間模型。

LDA（latent dirichlet allocation）［7］模型作為文本分析模型被廣泛采用在微博話題檢測中［10－14］。Huang等［10］提出一種基于LDA的微博話題檢測模型，并采用單趟的聚類方法。Lin等［11］提出了一種基于LDA的概率模型框架——JST（joint sentiment－topic）。區(qū)別于文獻(xiàn)［10］的是，文獻(xiàn)［11］不但可從微博中挖掘出用戶發(fā)言內(nèi)容形成的話題，還可以分析出用戶的情感。文獻(xiàn)［10］和［11］都采用了LDA模型檢測微博中的話題，但是他們沒有考慮時(shí)間變化對話題的影響。Zhang等［12］將時(shí)間變量引入到LDA模型中，提出了一種時(shí)變的話題檢測和分解模型。Song等［13］通過對搜索引擎返回的結(jié)果根據(jù)話題進(jìn)行排序，從而將更適合的內(nèi)容返回給用戶。Liu等［14］在檢測話題時(shí)不但考慮微博內(nèi)容，還考慮了用戶之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提出了一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的話題——用戶社團(tuán)聯(lián)合模型。

1.2 網(wǎng)絡(luò)提取

網(wǎng)絡(luò)提取是從大量信息中提取出實(shí)體及實(shí)體間的相互關(guān)系。Mori等［15］提出了一種為實(shí)體間的關(guān)系自動(dòng)添加標(biāo)簽的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)提取算法。Hamasaki等［16］提出了一種混合的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)提取方法，該方法綜合運(yùn)用了user－registered Know－link networks，Web－mined Web－link networks和face－to－face Touch－link networks 3種網(wǎng)絡(luò)提取方法。基于用戶間的往來郵件，Culotta等［17］設(shè)計(jì)了一個(gè)端到端的郵件社會(huì)網(wǎng)絡(luò)提取系統(tǒng)。為提取和挖掘?qū)W者間的學(xué)術(shù)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，Tang等［18－19］設(shè)計(jì)了一個(gè)學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)提取系統(tǒng)——ArnetMiner。Mika［20］設(shè)計(jì)了一個(gè)在線社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的提取、聚合和可視化系統(tǒng)——Flink。Matsuo等［21］設(shè)計(jì)了一個(gè)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)提取系統(tǒng)——POLYPHONET，該系統(tǒng)不但可提取社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還可檢測用戶簇，且可獲得用戶的關(guān)鍵字。

1.3 MapReduce

MapReduce［4］是一種并行編程模型，該模型應(yīng)用大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行地處理海量的數(shù)據(jù)，其主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)密集型的批處理系統(tǒng)。MapReduce可以自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)任務(wù)的底層操作，如任務(wù)分配、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)流動(dòng)和系統(tǒng)的容錯(cuò)，它對程序員只提供簡單的計(jì)算接口。

在MapReduce系統(tǒng)中，任務(wù)被分為Map，Shuffle和Reduce 3個(gè)部分。在Map階段，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)源讀取數(shù)據(jù)，或者從上一次的Reduce結(jié)果讀取一系列的鍵／值對，通過編程人員自定義的Mapper函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獨(dú)立并行處理，并將結(jié)果以鍵／值對的形式輸出。對于每一個(gè)輸入的鍵／值對，Mapper函數(shù)經(jīng)過計(jì)算，輸出若干個(gè)鍵／值對。在Shuffle階段，系統(tǒng)將Mapper階段的輸出數(shù)據(jù)集按照鍵組合在一起，將相同鍵值的鍵／值對組成一個(gè)組合，并將不同的組合作為下一階段的輸入。在Reduce階段，系統(tǒng)通過編程人員自定義的Reducer函數(shù)對每一個(gè)包含相同鍵值的組合進(jìn)行處理，并把結(jié)果存入到磁盤，或作為下一次Map的輸入。在MapReduce系統(tǒng)中，任務(wù)通過Map，Shuffle和Reduce 3個(gè)階段在系統(tǒng)中迭代進(jìn)行，直至算法終止。

2 基于MapReduce話題網(wǎng)絡(luò)提取模型

2.1 話題網(wǎng)絡(luò)提取模型

由于每條微博信息由多個(gè)詞匯組成，且同一詞匯可能包含在多個(gè)話題中，如圖1中的wordp，wordq，wordr和words，它們分別包含在topic1＆topick，topic1＆topic2和topic2＆topick中。如果將微博信息作為節(jié)點(diǎn)，信息和信息間共享的詞匯作為邊，可得到圖2無向網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)無向網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)表示用戶的微博發(fā)言，節(jié)點(diǎn)間的邊表示發(fā)言之間的共享詞匯。由于兩個(gè)發(fā)言可能包含多個(gè)相同詞匯，故兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間可能有多條重復(fù)邊。如果將邊上的詞匯去掉，用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的邊的個(gè)數(shù)來表示這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊的權(quán)重，圖2可進(jìn)一步化為如圖3所示的加權(quán)無向網(wǎng)絡(luò)。

圖1 微博信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Graph of Microblog information network

圖2 轉(zhuǎn)化的微博信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Derived graph of Microblog information network

圖3 轉(zhuǎn)化的加權(quán)微博信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Derived weighted graph of Microblog information network

2.2 MapReduce話題網(wǎng)絡(luò)提取算法

在MapReduce系統(tǒng)中，Shuffle階段由系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，用戶通過Mapper函數(shù)和Reducer函數(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的批處理。在Mapper函數(shù)中，系統(tǒng)將微博信息作為輸入，并給每個(gè)信息一個(gè)編號，然后將每個(gè)信息的單詞作為鍵，將信息的編號作為值發(fā)射出去；在Reducer函數(shù)中，系統(tǒng)將包含相同單詞（Mapper函數(shù)的鍵）的信息編號收集起來，然后在這些信息兩兩之間建立一條邊，并將單詞作為邊的屬性發(fā)射出去，得到的便是一個(gè)無向的圖。上述話題提取模型的算法如下。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

為了對本文提出的基于MapReduce的話題網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法進(jìn)行驗(yàn)證，筆者采集了2013年2月15日到20日的數(shù)據(jù)，共收集了204 376條微博發(fā)言信息。在應(yīng)用本文的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)提取后得到了一個(gè)包含3 483個(gè)節(jié)點(diǎn)和21 753條邊的無向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。

首先，對構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，分別分析了該網(wǎng)絡(luò)的度分布和PageRank值分布，其分布圖分別為圖4和圖5。圖4中縱軸表示節(jié)點(diǎn)的度，圖5中縱軸表示節(jié)點(diǎn)的PageRank值，這兩個(gè)圖的橫軸均表示節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。從圖中可以看出，該網(wǎng)絡(luò)的度分布和PageRank值分布都服從冪率分布，即只有少數(shù)的計(jì)算點(diǎn)有很大的值，而大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的度或PageR－ank值都很小，是典型的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖4 網(wǎng)絡(luò)的度分布圖Fig.4 Degree distribution of network

圖5 網(wǎng)絡(luò)的PageRank值分布圖Fig.5 PageRank distribution of network

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的算法對話題網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建的準(zhǔn)確性，本文對網(wǎng)絡(luò)的隱含話題的準(zhǔn)確性進(jìn)行了對比。本實(shí)驗(yàn)對本文提出的基于MapReduce構(gòu)建的話題網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了話題檢測，同時(shí)采用經(jīng)典的LDA模型對話題進(jìn)行了檢測，核對了二者在話題檢測時(shí)的查準(zhǔn)率（Precision）和召回率（Recall）。從圖6所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，基于MapReduce構(gòu)建的話題網(wǎng)絡(luò)的潛在話題要優(yōu)于基于LDA模型的潛在話題。

圖6 話題檢測準(zhǔn)確性對比圖Fig.6 Accuracy comparison of topic detection

4 結(jié)語

微博中包含數(shù)以億計(jì)的用戶，這些用戶每天在微博中頻繁發(fā)言，在這些海量的用戶發(fā)言中蘊(yùn)含著許多熱點(diǎn)話題。在話題的檢測過程中，可以通過向量空間模型或LDA進(jìn)行檢測。此外由于用戶間相同的話題往往包含相同的詞匯，這些詞匯作為微博信息鏈接的橋梁可以構(gòu)成話題網(wǎng)絡(luò)。本文研究了應(yīng)用MapReduce編程模型構(gòu)建微博信息的話題網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)表明，基于MapReduce構(gòu)建的話題網(wǎng)絡(luò)符合社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性質(zhì)，并且其話題預(yù)測的準(zhǔn)確性也高于基于LDA模型的話題檢測。

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