基于BLSTM-CNN-CRF的中文命名實體識別方法

劉宇鵬 栗冬冬

摘 要：傳統(tǒng)的命名實體識別方法依賴大量的人工選擇的特征和專業(yè)領域的外部知識，針對這一問題，提出了一種新穎的神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，該算法結(jié)合了雙向LSTM，CNN和CRF可以同時自動獲取到基于字符級別和詞語級別的表示，是一種真正意義上的端到端的結(jié)構(gòu)，不再需要人工選擇特征和數(shù)據(jù)的預處理，可以應用到各個領域的命名實體識別任務中去。最后，通過實驗證明該算法在醫(yī)療領域和新聞領域的F1值分別達到了90-97%和92-19%。

關鍵詞：命名實體識別;長短期記憶網(wǎng)絡;卷積神經(jīng)網(wǎng)絡;條件隨機場

DOI：10.15938/j.jhust.2020.01.017

中圖分類號： TP391.1

文獻標志碼： A

文章編號： 1007-2683（2020）01-0115-06

Abstract：Traditional algorithms of named entity recognition rely on a large number of artificial features and external knowledgeTo solve this problem， we propose a novel neural network structure which combines the bidirectional LSTM（Long Short-Term Memory）， CNN（Convolution Neural Network） and CRF（Conditional Random Field）This algorithm can also automatically get both character-level and word-level representationsIt is a truly end-to-end system， requiring no feature engineering and data processingThus， it can be easily applied to various fields of named entity recognition taskFinally， the experimental results show that the F1 measure of the algorithm in the medical and news field is 90-97% and 92-19%， respectively-Keywords：named entity recognition; long short-term memory; convolution neural network; conditional random field

0 引 言

命名實體識別（named entity recognition， NER）作為自然語言處理的一項基礎任務，在自然語言處理領域有著很重要的作用[1-2]，分為在不同語言上的命名實體識別[3-4]，微博上的命名實體識別[5]和Twitter上的命名實體識別[6-8]等。在機器對話、問答系統(tǒng)、機器翻譯等任務中都有著重要的應用。傳統(tǒng)方法中表現(xiàn)最優(yōu)的就是基于統(tǒng)計的模型，例如隱

馬爾可夫模型（hidden markov models HMM）、條件隨機場模型（conditional random fields， CRF）[9]，這些方法需要大量的人工選擇的特征和外部知識信息，例如字典信息，很難直接解決一個全新領域的命名實體識別問題。近年來，利用神經(jīng)網(wǎng)絡獲取詞語表示作為模型的輸入（例如詞向量）在自然語言處理領域取得了巨大的成功[10-12]。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡以及其變形長短期記憶網(wǎng)絡（long-short term memory， LSTM）在解決序列標注任務中表現(xiàn)優(yōu)異[13-15]。

本文提出了一種結(jié)合雙向LSTM、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（convolutional neural network， CNN）、CRF的方法，首先利用CNN獲取詞語基于字符的表示，然后結(jié)合詞向量加入到雙向LSTM中，最后利用線性CRF聯(lián)合解碼標簽。該模型不需要外部知識和手工選擇特征，在不同領域的數(shù)據(jù)上進行實驗驗證了其可行性和有效性。

1 問題描述

NER是指從一段文本中提取出具有特定含義的詞語，即實體[16]。實體的類型有很多種，常見的有人名、地名、機構(gòu)名等，在一些特定領域會有其獨特的實體，例如醫(yī)療領域的病癥名稱、藥物名稱等。這些實體信息對進一步分析句子含義有很大的幫助。

一般會把NER問題看成序列標注問題，標注問題一般是監(jiān)督學習問題，也可以看成是一種復雜的結(jié)構(gòu)預測問題的簡單形式[17]。NER任務分為學習和標注兩個過程，首先有一個帶標注信息的數(shù)據(jù)集作為訓練數(shù)據(jù)。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

2-1 CNN提取字符級別的表示

之前的研究表明卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（convolutional neural network， CNN）在提取局部特征方面十分有效[18]，因此在本系統(tǒng)中先利用CNN提取出詞語基于字符的特征將其編碼到神經(jīng)網(wǎng)絡中。其結(jié)構(gòu)表示圖如圖1所示，CNN的輸入為字符的embedding，圖1中虛線部分為dropout層。

4-3 實驗結(jié)果分析

通過在兩組不同領域的數(shù)據(jù)集上進行實驗，本文中混合模型在各組實驗中均取得了高于單一模型的預測效果。且在新聞領域和醫(yī)療領域中，實體類別區(qū)別非常大，使用本文中的模型，不需要任何的數(shù)據(jù)預處理和引入外部知識信息。驗證了該模型可以很好的應用到不同領域的命名實體識別任務中，模型的通用性較好。

5 結(jié) 論

針對命名實體識別在不同領域中的類型千差萬別，傳統(tǒng)的命名實體識別方法中需要大量人工選擇的特征和引入外部的知識信息，本文提出了一種結(jié)合CNN、BLSTM、CRF的模型，可以直接應用到不同類型的實體標注中去。通過在新聞領域和醫(yī)療領域數(shù)據(jù)集上的多組對比實驗，該系統(tǒng)均取得了高于傳統(tǒng)單一模型的結(jié)果。在接下來的工作中，可以對模型進一步改進，探索多任務學習方法，針對不同的領域結(jié)合更多有用的相關信息。

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（編輯：溫澤宇）