宋海燕

摘要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，大學(xué)生的各種心理問題日益突出。從研究大學(xué)生心理情感的角度出發(fā)，介紹了文本情感分析模型相關(guān)理論和實(shí)現(xiàn)過程，詳細(xì)論述了應(yīng)用Python語言進(jìn)行心理情感數(shù)據(jù)標(biāo)注、預(yù)處理、構(gòu)建貝葉斯模型、測(cè)試模型、評(píng)估模型性能的過程，通過測(cè)試，模型預(yù)測(cè)正確率達(dá)到0.862。針對(duì)存在的問題，提出了下一步改進(jìn)模型性能的實(shí)施方案，為廣泛篩查大學(xué)生的心理問題提供參考。

關(guān)鍵詞：文本情感分析；機(jī)器學(xué)習(xí)；貝葉斯算法；python語言；F1 Score

一、前言

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，心理測(cè)試在社會(huì)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)心理測(cè)試進(jìn)行情感分析的需求也越來越迫切。但是由于心理測(cè)試本身的特殊性，如主觀性、被測(cè)者的不同和被測(cè)者自身情緒波動(dòng)等因素，使得基于機(jī)器學(xué)習(xí)的心理測(cè)試情感分析技術(shù)成為一種有效的方法[1]。在國(guó)家相關(guān)政策的指導(dǎo)下，各高校十分重視學(xué)生心理健康工作，但是在開展工作時(shí)存在“兩難”問題。“一難”是難發(fā)現(xiàn)：有的學(xué)生心理問題較輕或者缺乏心理健康知識(shí)，自己沒有意識(shí)到心理有問題；有的學(xué)生知道自己心理有問題，但是對(duì)周圍人產(chǎn)生警惕，不愿意表達(dá)。對(duì)于這兩類學(xué)生，教師很難發(fā)現(xiàn)他們的心理問題，也就不能在早期進(jìn)行干預(yù)?！岸y”是難治療：高校心理教師少，學(xué)生多，師資力量薄弱。對(duì)于心理問題較嚴(yán)重的學(xué)生，教師很難多次長(zhǎng)期開展心理療愈[2]。針對(duì)上述問題，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，本文提出基于貝葉斯算法的心理測(cè)試情感分析模型，便于開展學(xué)生早期心理問題篩查，幫助學(xué)校做好學(xué)生心理問題防御工作。

二、文本情感分析

文本情感分析，又稱傾向性分析或意見挖掘，是對(duì)帶有感情色彩的主觀性文本進(jìn)行分析、處理、歸納和推理的過程。常見的情感分析方法有兩種：基于情感詞典的分析方法和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分析方法[3]?；谇楦性~典的分析方法，是通過制訂一系列的情感詞典和規(guī)則，拆解文本、分析句法、計(jì)算情感值，使用情感值判斷文本的情感傾向。此方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但是遇到新詞或者特殊詞就無法識(shí)別，擴(kuò)展性不好[4]?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的分析方法，通常會(huì)把問題轉(zhuǎn)換成分類問題看待，將目標(biāo)情感分為“正、負(fù)”兩類，或者根據(jù)情感程度的不同劃分為1-5類，然后人工標(biāo)注訓(xùn)練文本，進(jìn)行有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)。例如，樸素貝葉斯就是經(jīng)典的機(jī)器學(xué)習(xí)算法之一，也是極少的基于概率論的分類算法。它的思想基礎(chǔ)是：對(duì)于給出的待分類項(xiàng)，求解在此項(xiàng)出現(xiàn)的條件下各個(gè)類別出現(xiàn)的概率，哪個(gè)最大，就認(rèn)為此待分類項(xiàng)屬于哪個(gè)類別[5]。

本文采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的情感分析方法，開展大學(xué)生心理測(cè)試。開展測(cè)試時(shí)，教師給學(xué)生提供一個(gè)寬松的生活場(chǎng)景、顏色或圖片，讓學(xué)生寫一段文字，在文字中會(huì)包含情感傾向的詞語，如正向詞語“高興、開心”，反向詞語“難過、痛苦”，中性詞語“吃飯、睡覺”等等。教師收集到這些文字后，經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)注等預(yù)處理操作，再輸入到模型中，開展心理問題篩查，初步診斷學(xué)生的心理健康狀況。

三、數(shù)據(jù)預(yù)處理

收集到原始文本后，需要進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，主要包括數(shù)據(jù)去重、分詞、詞形歸一化、刪除停用詞。經(jīng)過這幾個(gè)階段，原始文本轉(zhuǎn)換成詞語列表，之后輸入到模型中進(jìn)行訓(xùn)練[6]。

（一）分詞

分詞是指將連續(xù)字符組成的語句，按照一定的規(guī)則劃分成獨(dú)立詞語的過程。不同語言具有不同的語法結(jié)構(gòu)，分詞方法也存在差異[7]。比如，英文句子中單詞和單詞之間以空格分隔，在分詞時(shí)可以使用空格作為分詞的標(biāo)記，而中文句子中詞和詞之間沒有形式上的分界符，只能靠語義來理解。因此，中文分詞要比英文分詞困難很多。

根據(jù)中文的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分詞算法分為三類：基于規(guī)則的分詞方法、基于統(tǒng)計(jì)的分詞方法、基于理解的分詞方法。

目前，文本分詞已經(jīng)有很多成熟的算法和工具，本文使用的是Jieba庫(kù)和NLTK庫(kù)。Jieba庫(kù)用于中文分詞，NLTK庫(kù)用于外文分詞。Jieba支持三種分詞模式：精確模式、全模式和搜索引擎模式。本文采用精確模式分詞，根據(jù)日常的中文語義分詞。

（二）詞形歸一化

詞形歸一化針對(duì)英文而言。在英文中，一個(gè)單詞經(jīng)常會(huì)有多種變換形式，比如cooking是cook的現(xiàn)在分詞，cooked是cook的過去式，這些會(huì)影響語料庫(kù)學(xué)習(xí)的準(zhǔn)確度。因此，在進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)前，需要把單詞的不同形態(tài)轉(zhuǎn)換成原型，稱為詞形歸一化[8]。

詞形歸一化主要有兩種方法：詞干提取和詞形還原。詞干提取是指刪除不影響詞形的詞綴，得到單詞詞干的過程，只能提取規(guī)范的詞形變換，例如將cooking變?yōu)閏ook。詞形還原不僅可以提取規(guī)范的詞形變換，還能夠捕捉不規(guī)范的詞形變換，例如將better變?yōu)間ood。

NLTK中的stem模塊提供了多種詞干提取器，如波特詞干提取器、蘭卡斯特詞干提取器。同時(shí)stem模塊也提供了詞形還原類WordNetLemmatizer，在使用此類前，要確保已安裝WordNet語料庫(kù)。

（三）刪除停用詞

停用詞是指在自然語言中沒有實(shí)際意義的字或詞，如英文單詞“a”“the”，中文單詞“啊”“吧”等。停用詞的存在增加了文本的特征難度，降低了文本分析的效率，停用詞過多時(shí)還有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析結(jié)果的較大偏差，因此，通常在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中將它們刪除[9]。

停用詞是人工輸入的一個(gè)文本文檔，稱為停用詞表。中文停用詞表主要有中文停用詞庫(kù)、哈工大停用詞表、百度停用詞表。NLTK中自帶外文停用詞表，使用前要先安裝stopwords語料庫(kù)。

四、樸素貝葉斯算法

樸素貝葉斯算法（Naive Bayesian algorithm）是使用概率統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行分類，是應(yīng)用最廣泛的分類算法之一。它假設(shè)特征條件之間相互獨(dú)立，先通過給定的訓(xùn)練集，學(xué)習(xí)從輸入到輸出的聯(lián)合概率分布，再基于學(xué)習(xí)到的模型，對(duì)給定的輸入X求出后驗(yàn)概率最大輸出Y。貝葉斯算法結(jié)合了先驗(yàn)概率和后驗(yàn)概率，避免了只使用先驗(yàn)概率的主觀偏見，也避免了單獨(dú)使用樣本信息的過擬合現(xiàn)象。貝葉斯公式如下[10]：

五、基于貝葉斯算法的心理測(cè)試模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）數(shù)據(jù)來源

本文采集陽(yáng)光心理論壇1294份情感文本進(jìn)行實(shí)例分析建模，通過人工標(biāo)注將文本分成“積極”和“消極”兩類情感數(shù)據(jù)。情感文本表達(dá)的畫面充滿活力，如陽(yáng)光明媚、美麗等，被認(rèn)為是“積極”情感；畫面中性，如客觀描述一個(gè)事物，也被認(rèn)為是“積極”情感；畫面昏暗無光，如毛骨悚然、黑洞等，被認(rèn)為是“消極”情感。進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)注時(shí)，“積極”情感用1表示，“消極”情感用-1表示。文本部分內(nèi)容和標(biāo)簽如圖1所示。

（二）數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.刪除重復(fù)值

在采集的情感文本中使用data = data.drop_duplicates（）刪除重復(fù)的數(shù)據(jù)，提高分析的準(zhǔn)確性。執(zhí)行完此語句后，文本數(shù)據(jù)量仍然是1294條，說明采集到的文本中沒有重復(fù)值。

2.分詞

導(dǎo)入中文分詞工具Jieba庫(kù)，調(diào)用jieba.lcut（）方法，使用精確模式劃分情感文本，部分分詞結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，“世外桃源”“紅彤彤”“太陽(yáng)”這些詞能夠表達(dá)情感和心情，將這些詞保存下來進(jìn)行下一步的機(jī)器學(xué)習(xí)；而“這”“是”“個(gè)”這些詞沒有實(shí)際的含義，對(duì)分析結(jié)果沒有價(jià)值，屬于停用詞，需要?jiǎng)h除。

3.刪除停用詞

本文從百度下載停用詞表，此表是文本文件，可以根據(jù)需要自行添加停用詞。先加載停用詞表，再?gòu)姆衷~表cut_word中，依次選取每個(gè)詞，判斷是否在停用詞表中，如果不在，則放入一個(gè)新列表中，最終得到的新列表就是后續(xù)機(jī)器學(xué)習(xí)用到的數(shù)據(jù)表。新數(shù)據(jù)表如圖3所示。

（三）心理測(cè)試模型

1.構(gòu)建數(shù)據(jù)集

情感文本data中的每段描述text都需要進(jìn)行上述的文本預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成新數(shù)據(jù)表，新數(shù)據(jù)表和對(duì)應(yīng)的label標(biāo)簽合并成一個(gè)列表，合成包含1294個(gè)列表的數(shù)據(jù)集，如圖4所示。

2.劃分?jǐn)?shù)據(jù)集

將上述構(gòu)建好的數(shù)據(jù)集劃分成兩類：訓(xùn)練集和測(cè)試集。本文選取前1100條數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，剩下的194條數(shù)據(jù)作為測(cè)試集。訓(xùn)練集用來訓(xùn)練模型；測(cè)試集使用訓(xùn)練好的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并為每條數(shù)據(jù)貼上標(biāo)簽“1”或“-1”，以判斷是積極情感還是消極情感。將人工標(biāo)注的標(biāo)簽與分析預(yù)測(cè)結(jié)果標(biāo)簽做比對(duì)，以此評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確度。

3.建立貝葉斯模型

導(dǎo)入貝葉斯分類器，建立貝葉斯模型，使用上述訓(xùn)練集訓(xùn)練模型。

from nltk.classify import NaiveBayesClassifier

demo_model = NaiveBayesClassifier.train（train_data[0：1099]）

（四）模型測(cè)試

使用訓(xùn)練好的貝葉斯模型，用194條測(cè)試數(shù)據(jù)集測(cè)試模型，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，文本1的描述是積極的，測(cè)試結(jié)果是1，也是積極的；文本2的描述是消極的，測(cè)試結(jié)果是-1，也是消極的；文本3是消極的，但是測(cè)試結(jié)果是1，是積極的。對(duì)于文本1和文本2，在訓(xùn)練文本中出現(xiàn)過其中的關(guān)鍵詞，所以機(jī)器學(xué)到了，就能給出正確的判斷；對(duì)于文本3，在訓(xùn)練文本中沒出現(xiàn)過的關(guān)鍵詞，機(jī)器沒有學(xué)會(huì)，給出了錯(cuò)誤的判斷。因此，對(duì)于模型的訓(xùn)練需要大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量越大，模型越準(zhǔn)確，性能越高。

（五）性能評(píng)價(jià)

模型訓(xùn)練好后，使用正確率、精度、召回率、F1 Score幾個(gè)指標(biāo)衡量模型的性能，如表6所示。

從圖6可以看出，模型的正確率為0.862，預(yù)測(cè)結(jié)果良好。

六、結(jié)語

本文使用Python語言構(gòu)建心理測(cè)試貝葉斯模型，取得了良好的預(yù)測(cè)效果，但是也存在一些不足。下一步，計(jì)劃從以下三個(gè)方面入手，提高模型的性能。一是增加測(cè)試樣本數(shù)據(jù)。機(jī)器學(xué)習(xí)是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型技術(shù)，海量數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合才能帶來預(yù)測(cè)效果的提升。數(shù)據(jù)量不足時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)容易出現(xiàn)過擬合，泛化效果差。二是保證測(cè)試樣本數(shù)據(jù)分布均衡。選取測(cè)試樣本時(shí)，正向樣本和負(fù)向樣本數(shù)量盡量保證均衡，防止出現(xiàn)某類樣本測(cè)試正確率高而另一類樣本低的情況。三是大規(guī)模開展學(xué)生測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)獲取的數(shù)據(jù)人員結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不一定完全符合大學(xué)生的心理狀態(tài)，因此在大學(xué)生群體中開展測(cè)試，獲得測(cè)試樣本數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果更有針對(duì)性。

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基金項(xiàng)目：2019年度內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校產(chǎn)學(xué)研科技創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目“新工科ICT信息服務(wù)技術(shù)中心”（課題編號(hào)：NJCXY-19-03）