汪一百， 陳 實， 葉劍鋒

(1.新型藥物制劑研發(fā)湖南省重點實驗室培育基地，湖南 長沙 410219; 2.長沙醫(yī)學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖南 長沙 410219;3.南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，江蘇 南京 210016)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)硬件設(shè)計的快速發(fā)展，以及各類新業(yè)務(wù)、新需求的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代社會的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)爆發(fā)式增長.在這些海量數(shù)據(jù)中，信息共享程度越來越高，給人們的工作和生活帶來極大便利的同時，也給識別、區(qū)分和查找有效數(shù)據(jù)帶來了非常大的困難.如何鑒別信息的相似性已經(jīng)成為了海量數(shù)據(jù)文本處理中亟待解決的課題[1].

文本相似度是表示兩個及以上文本之間匹配程度的一個度量，其取值的大小反映了文本相似程度的高低.取值越小，文本相似度越低；取值越大，文本相似度越高.一般來說，文本相似度計算可以分為兩個方面：語義相似度計算和非語義相似度計算.文本相似度計算是自然語言處理中的基礎(chǔ)問題，在信息檢索、自動問答和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[2].目前，已有很多成熟的研究方法可用于非語義文本相似度的計算.然而，語義文本相似度計算仍然有很多工作要做[3].

文獻(xiàn)[4]針對傳統(tǒng)文本相似度計算的缺點，提出了一種考慮文本向量空間模型相似度比較、文本長度參數(shù)和互信息特征次抽取的改進(jìn)算法，有效提高了文本相似度計算的準(zhǔn)確性和有效性.文獻(xiàn)[5]在DNA序列比對算法的啟發(fā)下，提出了一種基于詞位置與序列匹配的相似度計算方法(文本流算法)，實驗結(jié)果表明了所提算法在釋義檢測、文本蘊涵識別和文檔聚類中的優(yōu)越性.文獻(xiàn)[6]提出了一種基于字袋特征和多層語義特征的新型文本分類方法，通過將在線線性辨別分析擴(kuò)展為多層主題模型，即可實現(xiàn)文本的語義要素提取.文獻(xiàn)[7]針對生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的句級語義相似度計算，提出了字符串相似度、分布式向量、一般及特定領(lǐng)域本體等多種檢測算法，并綜合這些算法研發(fā)了基于監(jiān)督回歸的相似度計算模型.文獻(xiàn)[8]利用DNA計算技術(shù)實現(xiàn)了磨損刀具圖片的相似度檢測，為圖片文本的模式識別提供了一種解決方案.文獻(xiàn)[9]針對臨床決策支持系統(tǒng)中的文本相似度計算問題，提出了一種考慮語義相似關(guān)鍵詞和文本相似關(guān)鍵詞對文本相似度所產(chǎn)生的影響的改進(jìn)方法，提高了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性.

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)和高頻詞濾波的文本相似度計算方法：在建立詞向量模型的基礎(chǔ)上，利用深度學(xué)習(xí)算法計算文本語義相似度，并利用高頻詞濾波降低詞頻對文本相似度的干擾，從而提高計算精度，保證計算效率.此外，通過對大量中文詞庫中的內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練驗證了所提方法的有效性.

1 文本相似度深度學(xué)習(xí)計算方法

1.1 詞向量模型

為了計算文本相似度[10]，首先必須對文本中的詞進(jìn)行建模，因此首先給出包括輸入層、中檢測、輸出層的詞向量模型建立方法.文本中的句子S可以表示為詞的向量W，即

S→W=(W1,W2,…,Wn),

式中Wi代表詞的權(quán)重，i=1,2,…,n.通過求取詞W的上下文[11]Con(W)，即可得到包括r個詞向量的輸入層R，即

通過對輸入層R中的向量進(jìn)行累積求和，即可得到中間層M：

此時，利用下式即可計算得到詞向量的輸出：

(1)

由于公式(1)得到的詞向量還存在一定的冗余，因此需要對其進(jìn)行優(yōu)化.此時，通過把區(qū)間[-5,5]進(jìn)行500等分，得到x1,x2, …,x500，計算每個xk(k=1, 2, …, 500)的Logistic函數(shù)：

此時，即可利用下式對公式(1)所示的輸出層詞向量進(jìn)行訓(xùn)練，得到向量T：

式中a為訓(xùn)練次數(shù).最后，通過下式刪除T中的高頻詞，即可得到優(yōu)化后的輸出層詞向量F：

式中γ為高頻濾波常數(shù).通過這些優(yōu)化措施，即可實現(xiàn)輸出層詞向量免受干擾影響，并大幅度降低信息冗余.

2.2 文本相似度計算

在計算文本相似度之前，需要計算表征詞一致性程度的語義距離[12]，其取值越大表明詞一致性程度較高，反之則較低.詞向量Y=(y1,y2, …,yn)、Z=(z1,z2,…,zn)之間的語義距離為：

在利用詞向量計算語義文本相似度的基礎(chǔ)上，即可通過計算特征詞語義相似度來比較文本的相似度，這是文本相似度計算的主要方法.文本相似度U計算公式如下：

U=2θ/(θY+θZ),

式中θ代表文本長度.

表1 語料庫

表2 語義距離結(jié)果

2 實驗分析

為了驗證所提方法的有效性，利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲從“百度新聞”“新浪新聞”“騰訊新聞”等多個網(wǎng)站獲取語料庫，用于實驗分析(如表1所示)，并與傳統(tǒng)的、基于漢明距離的文本相似度計算方法[13]進(jìn)行了對比.

在表1所示語料庫中選擇約2 000 000個中文句子進(jìn)行詞向量訓(xùn)練，獲得約800 M詞向量文件，同時選擇中心詞“房價”來計算語義距離，得到表2所示的結(jié)果.

從上述結(jié)果可以看出，越靠近中心詞的單詞，語義距離就越大.然而部分詞從直觀上講與中心詞的語義距離應(yīng)該不會很大，但計算結(jié)果卻變得比較大，這可能是由于語料中存在關(guān)聯(lián)單詞導(dǎo)致的.因此，語料庫的選定對詞向量的訓(xùn)練結(jié)果有著重要的影響.

在分析完語義距離計算的相關(guān)問題后，開始利用基于漢明距離的算法和提出的算法分別計算純文本的文本相似度.測試文本由網(wǎng)絡(luò)爬蟲從新浪新聞網(wǎng)站獲得，包括8 500組需要進(jìn)行比較的純文本和10組需要比較的語義文本，計算結(jié)果分別如圖1、2所示.

對于純文本來說，基于漢明距離算法計算的文本相似度為0.576，而利用提出的算法計算的文本相似度為0.915.對于語義文本來說，基于漢明距離算法計算的文本相似度為0.358，而利用提出的算法計算的文本相似度為0.952.

由此可知，對于純文本，當(dāng)文本的相似度較高或者較低時，這兩種算法的計算結(jié)果幾乎相同；而當(dāng)文本部分相似時，這兩種方法則存在比較明顯的區(qū)別.這是因為漢明距離算法只能處理相同關(guān)鍵詞的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而提出的算法則可以處理文本中的所有詞.對于語義文本，提出的方法明顯好于漢明距離算法.這是因為漢明距離算法只能處理相同的關(guān)鍵詞，而當(dāng)這些相同的關(guān)鍵詞較少或較多時，計算結(jié)果會變得很差.但是，詞向量方法則可以直接計算出語義距離，從而簡化了文本相似度計算復(fù)雜度，大大提升了計算精度.

3 結(jié) 論

本文提出一種基于深度學(xué)習(xí)方法的文本相似度計算方法，通過與基于漢明距離的算法進(jìn)行實驗對比，證明提出的基于深度學(xué)習(xí)的詞向量方法不僅保證了非語義文本的相似度計算的準(zhǔn)確性，而且提高了語義相關(guān)文本之間的相似度計算精度.

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