基于文本挖掘技術(shù)的智慧政務(wù)輿情分析研究

方博平　郭佳怡　陸欣怡　王夢怡　宋濤

摘要：對智慧政務(wù)平臺(tái)的群眾輿情建立了文本聚類模型進(jìn)行信息挖掘與分析。基于FastText原理利用Python語言進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理并實(shí)現(xiàn)文本數(shù)據(jù)的分類。使用TF-IDF算法將文本信息轉(zhuǎn)換為權(quán)重向量并提取文本關(guān)鍵詞，結(jié)合K-means聚類算法建立文本聚類模型，實(shí)現(xiàn)對群眾輿情中高頻熱點(diǎn)問題的挖掘和排序。最后，對政府反饋意見以信息量、可解釋性、相關(guān)性3個(gè)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，構(gòu)建了廣義線性回歸模型的評價(jià)指標(biāo)體系。每一步驟均給出了相應(yīng)實(shí)例分析及計(jì)算結(jié)果。

關(guān)鍵詞：智慧政務(wù);FastText;TF-IDF算法;K-means聚類;廣義線性回歸模型

在互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和滲透下，網(wǎng)絡(luò)問政平臺(tái)為收集海量群眾輿情文本數(shù)據(jù)提供了方便。但如何快速處理大量留言文本數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效處理成為亟待解決的問題。

本文利用收集自互聯(lián)網(wǎng)公開來源的群眾問政留言記錄，及相關(guān)部門對部分群眾留言的答復(fù)意見，采用FastText原理對留言詳情信息進(jìn)行分類，用TF-IDF算法計(jì)算權(quán)重，提取文本關(guān)鍵詞，結(jié)合K-means算法提取熱點(diǎn)話題，計(jì)算余弦相似度篩選高質(zhì)量答復(fù)建議，構(gòu)建答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系的廣義線性回歸模型。

1預(yù)處理工作

數(shù)據(jù)來源為互聯(lián)網(wǎng)公開渠道?；赑ython語言，預(yù)處理選擇中文分詞模塊jieba對群眾留言進(jìn)行分詞，采用精確模式用于去除文本標(biāo)注的無效信息，為后續(xù)進(jìn)一步處理作準(zhǔn)備。

建立停用詞字典，選擇了CSDN網(wǎng)站的停用詞表，其中包含1893個(gè)停用詞。在分詞以后去停用詞。最終對留言文本分詞后去停用詞的部分結(jié)果如圖1所示：

使用n-gram算法進(jìn)行特征提取，將文本內(nèi)容按照字節(jié)順序進(jìn)行大小為N的滑動(dòng)窗口操作，最終形成長度為N的字節(jié)片段序列。經(jīng)多次測試后，得出2-gram最適用。

2分類模型構(gòu)建和熱點(diǎn)問題的挖掘

2.1群眾留言文本分類

通常情況下，在得到文本向量進(jìn)行分類處理時(shí)常選擇余弦相似度計(jì)算。但由于群眾輿情文本的詞匯一文本矩陣是一個(gè)不易計(jì)算的大矩陣，因此不選擇余弦相似度的方法，而是借助Softmax函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了語義空間的降維。

Softmax函數(shù)能將一個(gè)含任意實(shí)數(shù)的K維向量“壓縮”到另一個(gè)K維實(shí)向量中，使得每一個(gè)元素的范圍都在（0，1）之間，并且所有元素的和為1。該函數(shù)多于多分類問題中。計(jì)算Softmax函數(shù)耗時(shí)較長，因此可用分層Softmax來加速，即根據(jù)類別的頻率構(gòu)造霍夫曼樹來代替標(biāo)準(zhǔn)Softmax，通過分層Softmax可以將復(fù)雜度從N降低到logN。

由于想要模型訓(xùn)練速度快且不需要預(yù)訓(xùn)練好的詞向量，故選擇FastText文本分類算法。FastText的結(jié)構(gòu)為：輸入—隱層—h-softmax。原理是將輸入層中的詞和詞組構(gòu)成特征向量，再將特征向量通過線性變換映射到隱藏層，隱藏層通過求解最大似然函數(shù)，然后根據(jù)每個(gè)類別的權(quán)重和模型參數(shù)構(gòu)建霍夫曼樹，將霍夫曼樹作為輸出。

2.2熱點(diǎn)問題挖掘

2.2.1留言信息特征提取

熱點(diǎn)問題的挖掘是群眾輿情政務(wù)處理的重點(diǎn)，需要政府相關(guān)部門高度重視。在對群眾留言詳情信息分詞后，可以通過將這些詞語轉(zhuǎn)換為向量供文本挖掘使用。通常采用TF-IDF算法將詞語信息轉(zhuǎn)換為權(quán)重向量。TF-IDF算法的具體流程分為三步：

第一步，計(jì)算詞頻，即TF權(quán)重（Term Frequency）。詞頻（TF）是某個(gè)詞在文本中出現(xiàn)的次數(shù)?？紤]文本有長短之分，為了便于不同文本的比較，需要對“詞頻”進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

第二步，計(jì)算IDF權(quán)重，即逆文檔頻率（inverse Document Frequency），建立一個(gè)語料庫模擬語言的使用環(huán)境。IDF越大，此特征性在文本中的分布越集中，則該分詞在區(qū)分該文本內(nèi)容屬性能力越強(qiáng)。

第三步，計(jì)算TF-IDF值（Term Frequency Document Frequency），公式為：

TF-IDF=詞頻（TF）×逆文檔頻率（IDF）

實(shí)際分析得出TF-IDF值與一個(gè)詞在留言信息表中文本出現(xiàn)的次數(shù)成正比，某個(gè)詞文本的重要性越高，TF-IDF值越大。計(jì)算文本中每個(gè)詞的TF-IDF值并進(jìn)行排序，次數(shù)最多的即為要提取的留言信息表中文本的關(guān)鍵詞。

對群眾輿情信息生成TF-IDF向量的具體步驟如下，得到的結(jié)果如圖2所示。

（1）使用TF-IDF算法，找出每個(gè)留言描述的前5個(gè)關(guān)鍵詞;

（2）對每個(gè)留言描述提取的5個(gè)關(guān)鍵詞，合并成一個(gè)集合，計(jì)算每個(gè)留言描述對于這個(gè)集合中詞的詞頻，如果沒有則記為0;

（3）生成各個(gè)留言描述的TF-IDF權(quán)重向量。

2.2.2話題表示模型構(gòu)建

K-means聚類算法是無監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，將數(shù)據(jù)集劃分為不同的類簇。將每個(gè)簇看成是一個(gè)話題，運(yùn)用K-means聚類方法采用距離作為相似性的評價(jià)指標(biāo)，即認(rèn)為兩個(gè)對象的距離越近，其相似度就越大。該算法認(rèn)為簇是由距離靠近的對象組成的，把得到緊湊且獨(dú)立的簇作為最終目標(biāo)。其中，k個(gè)聚類具有以下特點(diǎn)：各聚類本身盡可能緊湊，而各聚類之間盡可能分開。一般選取歐氏距離作為相似性和距離判斷準(zhǔn)則，計(jì)算該類內(nèi)每個(gè)點(diǎn)到聚類中心的距離平方和，聚類目標(biāo)是使各類總的距離平方和最小，根據(jù)最小二乘法和拉格朗日原理，聚類中心應(yīng)該取為各類別數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值。

為保證聚類模型的效果，應(yīng)選擇合適的中心點(diǎn)。現(xiàn)采用以下方法來確定K-means中心點(diǎn)：首先選擇彼此距離盡可能遠(yuǎn)的那些點(diǎn)作為中心點(diǎn)，采用層次進(jìn)行初步聚類輸出k個(gè)簇，以簇的中心點(diǎn)作為K-means的中心點(diǎn)的輸入。然后多次隨機(jī)選擇中心點(diǎn)訓(xùn)練K-means，選擇效果最好的聚類效果。

2.2.3文本聚類話題提取

根據(jù)聚類得到的話題類別，結(jié)合留言文本數(shù)據(jù)的內(nèi)容，現(xiàn)提取得到排名前五的熱點(diǎn)話題及其相關(guān)內(nèi)容如下：

3答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)與模型構(gòu)建

3.1文本指標(biāo)提取

根據(jù)留言的內(nèi)容，從反饋的問題意見中提取特征。對于答復(fù)意見文本信息中提取的主要特征指標(biāo)有相關(guān)性、可解釋性、信息量等。對于以上特征指標(biāo)可以通過以下不同的方式獲得：

3.1.1相關(guān)性指標(biāo)

相關(guān)性是指答復(fù)意見與留言主題的相關(guān)性。答復(fù)意見通常使用向量的形式來表達(dá)，因此可以通過計(jì)算文檔之間的距離來計(jì)算文檔相似度。利用余弦相似度計(jì)算方法來計(jì)算留言主題與相關(guān)工作部門的答復(fù)意見之間的相似度。

當(dāng)余弦值接近1，夾角趨于0度時(shí)，說明兩個(gè)向量越相似。當(dāng)余弦值接近于0，夾角區(qū)域90度時(shí)，表明兩個(gè)向量越不相似，以此來判斷相似度。答復(fù)意見與留言主題相關(guān)度越高，則該答復(fù)建議對主題的價(jià)值越大，其質(zhì)量越高?？梢赃x取一個(gè)閾值，進(jìn)而篩選出每個(gè)主題相關(guān)度大于該閾值的評論作為該主題下質(zhì)量較高的答復(fù)建議。

3.1.2可解釋性指標(biāo)

可解釋性是指政府部門答復(fù)意見的可讀性。答復(fù)意見的可讀性可以用自動(dòng)化可讀性指數(shù)ARI（Automated Readability Index）來表示。ARI的計(jì)算公式為：

API=4.71·（總字符數(shù)/總字?jǐn)?shù)）+0.5·（總字?jǐn)?shù)/總句數(shù)）-21.43

3.1.3信息量指標(biāo)

信息量是指從內(nèi)容上確保答復(fù)意見質(zhì)量，以答復(fù)意見長度衡量（詞/字?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)），即答復(fù)意見內(nèi)容的長度。通常認(rèn)為，答復(fù)意見內(nèi)容越多所包含有效信息越多，參考價(jià)值越大，在一定程度上會(huì)增加民眾對部門工作能力的信服力?，F(xiàn)使用分?jǐn)?shù)表示文本信息量，少于10個(gè)字為0.1分。11至20個(gè)字為0.2分，以此類推，大于90及以上為1分。

3.2答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系和模型

使用不同的指標(biāo)權(quán)重構(gòu)建工作部門答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)模型，將會(huì)得到不同的結(jié)果。因此，基于上述評價(jià)指標(biāo)，使用基于主成分分析權(quán)值的方法計(jì)算模型中各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重后再構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系。具體做法如下，首先，將相關(guān)工作部門答復(fù)意見中數(shù)據(jù)對應(yīng)的各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以降低各個(gè)不同評價(jià)指標(biāo)中的差異度。其次，對各個(gè)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析以及權(quán)值的計(jì)算。最后，對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。對信息量、可解釋性、相關(guān)性這三個(gè)主成分評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算后再使用廣義線性回歸算法建立模型，對答復(fù)意見的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測。

引入四個(gè)符號：答復(fù)意見質(zhì)量（Q），相關(guān)性（Relevancy），可解釋性（Credibility），信息量（Words）后建立廣義線性回歸模型Q=（φ·Words+φ·Relevancy+φ·Credibility+ε作為答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。

基于主成分分析權(quán)值的方法計(jì)算得出的信息量、相關(guān)性和可解釋性這三個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分別用φ、φ、φ表示，其中，ε表示常數(shù)項(xiàng)。

最終，經(jīng)過模型訓(xùn)練得到的答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系的廣義線性回歸模型計(jì)算公式為：

Q=0.28Words+0.26Relevancy+0.28Credibility+0.01

4結(jié)論

對“智慧政務(wù)”中的文本數(shù)據(jù)即群眾的留言數(shù)、熱點(diǎn)問題以及相關(guān)政府部門的答復(fù)數(shù)據(jù)建立了文本聚類模型進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析。分析過程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)篩選與特征提取處理、聚類分析、構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)與建模等。每一分析步驟均給出了實(shí)例分析和對應(yīng)結(jié)果，在文本數(shù)據(jù)分析過程中需注意如下事項(xiàng)：

（1）對獲得的留言數(shù)據(jù)利用基于FastText原理的Python程序進(jìn)行處理，可實(shí)現(xiàn)對留言數(shù)據(jù)的分類，降低模型訓(xùn)練時(shí)間，提升可建模度，增加模型的準(zhǔn)確性。

（2）利用K-means文本聚類算法，可以更好地將留言加入對應(yīng)的話題簇，從而對熱點(diǎn)問題進(jìn)行更好的分類和篩選。

（3）在構(gòu)建答復(fù)意見質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)與模型中，通過提取的指標(biāo)特征構(gòu)建廣義線性回歸模型對相關(guān)部門的答復(fù)意見質(zhì)量進(jìn)行分析。為平衡模型，需對文本模型的目標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使對答復(fù)意見質(zhì)量的評價(jià)更為準(zhǔn)確。

*通訊作者：宋濤，博士，講師，研究方向：交通行為和交通流建模與分析。