荀 竹

(湖北工業(yè)大學理學院，湖北 武漢 430068)

0 引言

在信息化背景下，對社交媒體下的網(wǎng)民評論進行情感分析有助于相關機構監(jiān)管網(wǎng)絡環(huán)境、掌握輿論走向、加強網(wǎng)絡輿情引導，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

情感分析最早由Nasukawa[1]等人提出，此后出現(xiàn)了大量研究，隨著研究的不斷深入，基于深度學習的情感分析方法[2-4]已成為主流的研究方向，并逐漸由詞向量技術演變?yōu)轭A訓練語言模型。為了更好地理解中文文本的情感傾向，一些學者引入依存句法分析技術來輔助模型分析。杜啟明[5]等人提出一種依存關系感知的嵌入表示，針對性地挖掘不同依存路徑對情感分析任務的貢獻權重。代祖華[6]等人使用圖神經(jīng)網(wǎng)絡分別獲取詞的句法結(jié)構特征表示和融合外部知識庫信息的詞特征表示。張文豪[7]等人用層次詞匯圖代替普通的依存句法樹，更關注詞匯之間的共現(xiàn)關系。先前的工作大多是將語言知識結(jié)構與復雜模型結(jié)合，而Cui[8]等人提出一種語言學信息增強的預訓練模型LERT(Linguistically-motivated bidirec-tional Encoder Representation from Transformer)，不需要增加模型的復雜程度，而且在同等訓練規(guī)模下的訓練效果更好。

因此，本文構建了LERT-BiGRU-TextCNN 模型對評論文本進行情感分析，主要貢獻如下：

⑴提出一種基于LERT 語義向量的情感分析模型，該模型預訓練階段使用了Transformer 結(jié)構中的encoder部分對文本進行詞性標注、命名實體識別以及依存句法分析標注，生成深層的雙向語言表征。

⑵基于LERT得到的基礎語義向量，設計BiGRU和TextCNN的雙通道結(jié)構，進一步對語義特征進行優(yōu)化融合，得到可用于情感分析的高質(zhì)量情感語義特征。

⑶ 在數(shù)據(jù)集SMP2020-EWEC 上的實驗結(jié)果表明，LERT-BiGRU-TextCNN 模型具有更高的準確率和F1值，體現(xiàn)了該模型的有效性。

1 LERT-BiGRU-TextCNN 模型

與傳統(tǒng)文本情感分析模型不同的是，本文提出的模型使用LERT預訓練模型作為embedding層，能夠包含更多的語言信息，并且在對該模型進行訓練時，可以只訓練BiGRU、TextCNN 部分的參數(shù)，大大降低了模型訓練成本，提升了模型的訓練效率。如圖1所示，模型分為三個部分：首先通過LERT 預訓練模型得到文本中詞的向量表示，再將詞向量序列分別輸入到BiGRU、TextCNN 模型中進一步提取語義信息，最后通過全連接層輸出情感分類結(jié)果。

圖1 LERT-BiGRU-TextCNN模型結(jié)構

1.1 LERT預訓練模型

LERT 是一種語言學信息增強的預訓練模型，在掩模語言模型的基礎上結(jié)合語言基礎平臺(LTP)對評論文本進行訓練。如圖2 所示，其流程主要分為語言分析和模型預訓練兩個部分。

圖2 LERT框架

⑴語言分析。使用LTP 對輸入的文本進行詞性標注(POS)、命名實體識別(NER)和依存句法分析(DEP)標注，生成語言學標簽。

⑵模型預訓練。LERT 只對掩碼位置進行預測，將每個輸入投影到相應的POS、NER 和DEP 中使用LTP進行標注。

比如，網(wǎng)絡中Transformer 的最后一個隱藏層為H∈RN×d(N為輸入的文本向量長度，d為隱藏層大小)，用來表示掩碼特征信息的向量為Hl∈H，輸入的詞嵌入矩陣為E∈RV×d(V為語言標簽數(shù)量)。對于任一語言分析任務(POS、NER 和DEP)，其歸一化概率pi計算如下：

1.2 雙通道深度學習模型

1.2.1 BiGRU通道

考慮到詞語與上下文之間的聯(lián)系，本文使用BiGRU 網(wǎng)絡提取特征信息，從文本序列前、后兩個方向完成遍歷，挖掘隱含特征。BiGRU 由前向GRU和反向GRU 組成，在計算自身隱藏狀態(tài)時相互獨立，其結(jié)構如圖3所示。

圖3 BiGRU結(jié)構

BiGRU 在t 時刻的隱藏層狀態(tài)gt由前向GRU 隱藏狀態(tài)-1和反向GRU 隱藏狀態(tài)-1加權求和得到，計算如下：

1.2.2 TextCNN通道

TextCNN融合了CNN網(wǎng)絡結(jié)構的優(yōu)點，同時解決了詞袋模型的稀疏性問題，其結(jié)構分為四個部分：

⑴嵌入層將訓練好的詞向量輸入到網(wǎng)絡中，并用矩陣表示輸入的文本序列，如下：

其中，k為序列所含詞個數(shù)；xi為第i個詞的詞向量；⊕為拼接操作符。

⑵卷積層使用多個不同大小的卷積窗口同時提取文本信息，再通過非線性激活函數(shù)f得到特征映射矩陣C=[c1,c2,???,cn,]，特征公式為：

其中，ci為第i次卷積值；Cj為第j個卷積核通過卷積得到的矩陣；H為卷積核；h為卷積核大??；b為偏置參數(shù)；n為卷積核個數(shù)。

⑶池化層通過最大池化法得到一個定長的向量表示，并實現(xiàn)矩陣降維，防止過擬合現(xiàn)象的發(fā)生。

⑷全連接層在全連接層使用dropout 函數(shù)，以減少網(wǎng)絡對連接的過度依賴。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 實驗數(shù)據(jù)

為了評估LERT-BiGRU-TextCNN模型的有效性，使用SMP2020-EWECT 微博評論數(shù)據(jù)集進行實驗。首先將數(shù)據(jù)分為積極評論和消極評論兩大類，使用HarvestText 和Pyhanlp 清洗評論文本，刪除網(wǎng)頁鏈接與冗余符號，但保留“？”“！”等具有情感色彩的標點符號，經(jīng)整理得到的有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息如表1所示。

表1 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.2 實驗環(huán)境與參數(shù)

針對本文使用的模型，選擇LeakyReLU 作為激活函數(shù)，以避免ReLU 函數(shù)的神經(jīng)元死亡問題；采用隨機梯度下降法更新權重，優(yōu)化器選用Adam 算法；模型的損失函數(shù)為CrossEntropyLoss。模型參數(shù)設置見表2。

表2 模型參數(shù)設置

2.3 對比實驗

為驗證LERT-BiGRU-TextCNN 模型的有效性，選用以下四個模型作為基線進行對比實驗。

BiRNN：該模型能夠獲取文本序列的上下文信息。

TextCNN：該模型使用多個尺寸的卷積核同時提取特征，并通過池化層聚合重要特征、降低特征維度。

BiGRU：一種雙向循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型。在門控遞歸單元的基礎上，采用雙向結(jié)構進行情感分析。

BERT-TextCNN-BiGRU：在BERT 基礎上，添加了融合TextCNN和BiGRU的雙通道神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構。

2.4 實驗結(jié)果及分析

本文使用準確率和F1值作為模型性能評估指標，實驗結(jié)果如表3所示，本文所用模型為LERT-BiGRUTextCNN。

表3 模型實驗結(jié)果對比（%）

由表3 可以看出：本文模型在數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)均優(yōu)于對比實驗模型。這是因為BiRNN、TextCNN 和BiGRU 模型無法解決文本時序特征的問題，容易發(fā)生梯度爆炸。BERT-BiGRU-TextCNN 模型基于Transformer 結(jié)構并行計算，解決了傳統(tǒng)情感分析模型的梯度爆炸問題，因此在對比實驗中具有較高準確率。本文提出的模型使用LTP 對文本進行POS、NER和DEP 標注，能夠包含更多語言信息，更適用于處理含有大量中文的微博評論數(shù)據(jù)，因而擁有更高的準確率和F1值。

3 結(jié)束語

本文提出了一種基于LERT 預訓練語言模型和BiGRU-TextCNN 雙通道的情感分析方法。使用LERT 進行語義標注，將語義信息輸入到雙通道模型中進行訓練。對比現(xiàn)有的研究方法，本文方法具有更高的準確率和F1值，模型訓練效果更顯著。接下來還需要考慮融入方面詞特征，結(jié)合LERT 表征情感詞的多義性，以提高文本情感分析模型的識別精度。