面向新浪微博的情感社區(qū)檢測(cè)算法

韓東紅, 張宏亮, 朱帥偉, 齊孝龍

(東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110169)

隨著Web 2.0的出現(xiàn)和普及，互聯(lián)網(wǎng)用戶迅速從信息的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變成了信息的生產(chǎn)者.借助微博為代表的社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，用戶可以自由表達(dá)情感、互動(dòng)交流，使得跨越地理位置而具有相同喜好的用戶聚集成一個(gè)社區(qū)成為可能.因此通過挖掘分析海量社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中潛在社區(qū)已經(jīng)成為近年來的熱點(diǎn)研究問題.

社交網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)發(fā)現(xiàn)概念最早由Newman等[1]提出，即發(fā)現(xiàn)社交網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)聚子群，其中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系非常緊密，而子群之間的聯(lián)系相對(duì)稀疏.社區(qū)發(fā)現(xiàn)有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、理解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，可用于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)演變[2]、個(gè)性化推薦[3]、市場(chǎng)營銷[4]等應(yīng)用研究.情感社區(qū)的概念則由Xu等[5]首次提出，旨在發(fā)現(xiàn)社交網(wǎng)絡(luò)中對(duì)某商品質(zhì)量或服務(wù)有相同情感或觀點(diǎn)的聯(lián)系緊密的用戶群，以幫助企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)營銷策略.

作為最大的中文社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，截至2017年5月份，新浪微博用戶數(shù)已超過Twitter，達(dá)到3.4億.可見，在線社交網(wǎng)絡(luò)已成為連接網(wǎng)絡(luò)虛擬空間和人類物理世界不可或缺的橋梁.如果能通過微博用戶的文本及網(wǎng)絡(luò)交互信息，分析在某一話題下具有情感傾向一致性的用戶群體，對(duì)于微博情感分析、輿情監(jiān)測(cè)及心理學(xué)研究等領(lǐng)域都具有重要意義.例如在網(wǎng)絡(luò)輿情分析方面，通過挖掘微博熱點(diǎn)事件中的情感社區(qū)，可以幫助政府了解網(wǎng)絡(luò)輿情以及不同情感社區(qū)的構(gòu)成；在心理健康分析領(lǐng)域，對(duì)微博用戶進(jìn)行情感社區(qū)劃分，便于進(jìn)一步對(duì)其中的高壓力人群實(shí)施針對(duì)性的心理疏導(dǎo)和專業(yè)干預(yù).

基于此，本文對(duì)面向新浪微博的情感社區(qū)檢測(cè)算法進(jìn)行了深入研究.作為首個(gè)面向中文微博進(jìn)行情感社區(qū)發(fā)現(xiàn)的研究項(xiàng)目，本文首先在構(gòu)建情感社區(qū)檢測(cè)框架的基礎(chǔ)上，融合微博情感表情建立情感詞典，提出基于樸素貝葉斯半詞典半表情(SL-SE-NB)算法進(jìn)行文本情感傾向預(yù)測(cè)；并提出一種基于潛在狄利克雷分配(latent Dirichlet allocation，LDA)話題模型的用戶-超話題-關(guān)鍵詞(UTK)模型，使之能準(zhǔn)確挖掘用戶話題，同時(shí)解決微博網(wǎng)絡(luò)稀疏性問題；最后由于傳統(tǒng)社區(qū)劃分算法大多基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而忽略用戶產(chǎn)生的文本內(nèi)容，本文在標(biāo)簽傳播算法(label propagation algorithm,LPA)基礎(chǔ)上加入話題概念，并抽取帶有情感傾向的用戶作為種子集進(jìn)行標(biāo)簽傳遞，提出SMB-LPA算法以發(fā)現(xiàn)情感社區(qū).

1 相關(guān)研究工作

情感分析和社區(qū)發(fā)現(xiàn)是社交網(wǎng)絡(luò)挖掘中重要的兩個(gè)研究領(lǐng)域，本研究融合了兩個(gè)領(lǐng)域中的相關(guān)技術(shù)，下面分別介紹它們的研究成果.

1.1 社交網(wǎng)絡(luò)中的情感分析

情感分析亦稱觀點(diǎn)挖掘，由Nasukawa等在2003年提出，旨在通過文本分析進(jìn)行情感計(jì)算，從而提取用戶的情感傾向(極性)及所持觀點(diǎn)[6].有研究將情感分析劃分為篇章級(jí)、句子級(jí)和詞及屬性級(jí)三種層次[7].其中詞語級(jí)情感傾向研究是核心，即發(fā)現(xiàn)文檔中的主觀詞或用戶在實(shí)體及屬性上表達(dá)的觀點(diǎn)詞并分析其情感傾向.情感極性包括粗粒度和細(xì)粒度兩種，前者將情感分為正、中、負(fù)三類，而后者則給出“喜怒哀樂驚惡恐”等復(fù)雜情緒傾向.目前，社交網(wǎng)絡(luò)情感分析方法分為基于情感詞典(無監(jiān)督)和基于機(jī)器學(xué)習(xí)(有監(jiān)督)兩類[8].

基于詞典和規(guī)則的方法一般不需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過構(gòu)造文檔或句子中的情感函數(shù)，計(jì)算出情感極性[9].Fersini等[10]綜合考慮形容詞、表情符號(hào)、擬聲詞等作為微博情感分析中的表達(dá)符號(hào)，并證明了該方法能夠豐富特征空間及提高情感分類的性能.楊佳能等[11]基于情感詞典對(duì)微博文本進(jìn)行依存句法分析并且構(gòu)建情感表達(dá)樹，再根據(jù)制定的規(guī)則計(jì)算微博文本情感強(qiáng)度并判斷文本的情感傾向類別.Saif等[12]提出了一種不同于典型情感詞典的方法，即對(duì)Twitter文本進(jìn)行情感分析時(shí)，考慮了在不同語境中詞的共生模式以便捕捉其語義，并相應(yīng)更新其在情感詞典中的極性.

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法則使用含大量標(biāo)注的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，選擇不同的監(jiān)督學(xué)習(xí)方法如樸素貝葉斯、最大熵、SVM等構(gòu)造分類器，實(shí)現(xiàn)對(duì)微博文本的情感極性預(yù)測(cè)[13].Wang提出了一種融合情感詞典和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對(duì)旅游評(píng)論進(jìn)行情感極性分析[14]，即采用向量空間模型并通過情感詞典降低特征空間維度，通過TF-IDF計(jì)算權(quán)重，再利用SVM分類器對(duì)旅游評(píng)論的情感極性分類.一種深度信任網(wǎng)絡(luò)DBN模型和多模態(tài)特征抽取方法對(duì)中文短文本進(jìn)行情感分類亦被提出[15]，多模態(tài)特征結(jié)合傳統(tǒng)文本特征作為DBN模型的輸入向量，RBM層利用輸入數(shù)據(jù)的概率分布抽樣來學(xué)習(xí)隱藏的語義結(jié)構(gòu)，最后RBM分類層完成對(duì)中文短文本的情感分類.

1.2 社區(qū)發(fā)現(xiàn)

社區(qū)發(fā)現(xiàn)又稱社群監(jiān)測(cè)，用以發(fā)現(xiàn)社交網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)結(jié)構(gòu)，相關(guān)算法主要分為3類，即基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的社區(qū)發(fā)現(xiàn)、基于語義的社區(qū)發(fā)現(xiàn)及融合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和語義的社區(qū)發(fā)現(xiàn)[16].

基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的算法分為非重疊社區(qū)劃分和重疊社區(qū)劃分，前者主要包括譜聚類方法(如最小割算法[17])、模塊度優(yōu)化方法(如GN算法[18])、基于標(biāo)簽傳遞策略(如LPA)[19]，而重疊社區(qū)劃分算法的代表包括基于團(tuán)滲透改進(jìn)的CPM算法[20]、基于種子集傳遞的LMF算法等[21].用戶的文本內(nèi)容是衡量其情感、興趣傾向等的重要載體，此類方法的特點(diǎn)是僅考慮用戶之間的拓?fù)潢P(guān)系，用戶間的相似度度量并不全面.

基于語義的社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法則通過文本內(nèi)容的相似性進(jìn)行聚類，并根據(jù)文本相似性劃分社區(qū).話題模型是典型的文本聚類方法.Blei等[22]提出的LDA模型將“話題”概率化，認(rèn)為模擬文章的生成過程，可以先從文檔-主題分布中抽取一個(gè)主題，再從主題-詞分布上抽取一個(gè)詞，抽取概率均由狄利克雷分布模擬生成.針對(duì)社交網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短文本數(shù)據(jù)，Yang等提出了TS-LDA模型[23]，從文本內(nèi)容中抽取出隨時(shí)間變化的潛在動(dòng)態(tài)話題.Song等[24]提出PTM模型，將成對(duì)的用戶關(guān)系融入到話題模型中，以發(fā)現(xiàn)潛在話題和轉(zhuǎn)移話題.A-LDA模型[25]為了能夠抽取出某段時(shí)間內(nèi)的微博熱點(diǎn)話題，在LDA的基礎(chǔ)上加入了時(shí)間屬性和標(biāo)簽屬性.Li等進(jìn)一步提出PAM模型[26]，用一個(gè)有向無環(huán)圖(DAG)表示語義結(jié)構(gòu)，不僅可以 描述詞之間的相關(guān)性，而且可以靈活描述主題之間的相關(guān)性，較LDA具有更強(qiáng)的文本表示能力.

融合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和語義的社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和文本信息建立模型，旨在挖掘有共同興趣的群體.Zhang等提出了一個(gè)聯(lián)合框架，即挖掘興趣社區(qū)時(shí)融合了話題模型和用戶的關(guān)注關(guān)系網(wǎng)[27].Yang等[28]在CESNA算法的基礎(chǔ)上，提出融合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)屬性的重疊社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法.

1.3 情感社區(qū)發(fā)現(xiàn)

與傳統(tǒng)社區(qū)發(fā)現(xiàn)不同，情感社區(qū)檢測(cè)是指挖掘社交網(wǎng)絡(luò)中有相似情感傾向或持相似觀點(diǎn)的社群.盡管社區(qū)發(fā)現(xiàn)的研究成果已經(jīng)頻頻問世，情感社區(qū)挖掘的研究才剛剛開始.Xu等[5]首先給出“情感社區(qū)”定義，同時(shí)提出兩種情感社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法，目標(biāo)是使社區(qū)內(nèi)用戶情感的一致性最大化.通過Epinions網(wǎng)站API獲取的數(shù)據(jù)建立用戶信任關(guān)系網(wǎng)，將用戶對(duì)產(chǎn)品的評(píng)論分為“積極”、“中性”、“消極”三種極性，并基于所提出的算法將社區(qū)劃分為對(duì)應(yīng)的三種情感社區(qū).Wang等[29]提出了兩種情感社區(qū)檢測(cè)方法，目標(biāo)分別是模塊度最大化和最小化情感差異.通過爬取電影評(píng)論網(wǎng)站Flixster獲取數(shù)據(jù)集并根據(jù)彼此分享影評(píng)以建立朋友關(guān)系網(wǎng)，利用提出的情感社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法區(qū)分具有不同情感極性的社區(qū).Deitrick等[30]則首先利用隨機(jī)游走策略劃分社區(qū)，并在全局社區(qū)內(nèi)及某話題下社區(qū)內(nèi)進(jìn)行不同層次的情感分析，最后通過@technet社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)驗(yàn)證所提出算法的有效性.文獻(xiàn)[31]利用情感分析強(qiáng)化社區(qū)發(fā)現(xiàn)，即在社區(qū)檢測(cè)考慮評(píng)論、轉(zhuǎn)發(fā)、回復(fù)等文本內(nèi)容作為Twitter特征.

以上成果均面向英文社交網(wǎng)絡(luò)，目前尚無針對(duì)中文社交媒體的情感社區(qū)發(fā)現(xiàn)研究，而該研究對(duì)網(wǎng)絡(luò)輿情、公共心理健康、個(gè)性化推薦等領(lǐng)域均有重要意義和應(yīng)用價(jià)值.

2 情感社區(qū)檢測(cè)算法

2.1 相關(guān)定義

定義1微博用戶集合U：U={u1,u2,…,uN}，其中ui表示第i個(gè)用戶，ui∈U，N為微博總用戶數(shù).

定義2微博博文集合B：用戶ui發(fā)表的微博集合為Bi={bi1,bi2,…,biM}，其中M表示用戶ui發(fā)表的博文總數(shù)，Bi∈B.

定義3博文詞集合W：對(duì)于用戶ui發(fā)表的博文bij可表示為詞的集合Wij={wij1,wij2,…,wijK}，K表示bij中包含詞的總個(gè)數(shù)，wijK表示博文bij中第K個(gè)詞.

定義4博文表情集合E：對(duì)于用戶ui發(fā)表了微博bij，在該篇博文bij中使用的表情集合為Eij={eij1,eij2,…,eijP}，其中P為ui在博文bij中使用表情的個(gè)數(shù)，eijP表示博文bij中第P個(gè)表情.

定義5情感詞典集合：本文一共涉及4種詞典，分別是積極情感詞典(用PWD表示)、消極情感詞典(用NWD表示)、積極表情詞典(用PED表示)和消極表情詞典(用NED表示).

定義6博文情感傾向：先分別計(jì)算積極情感詞、消極情感詞、積極表情、消極表情在博文中出現(xiàn)的后驗(yàn)概率Ppw，Pnw，Ppe和Pne，情感傾向計(jì)算如式(1)～式(3)所示.

Aw=Pnw-Ppw.

(1)

Ae=Pne-Ppe.

(2)

A=aAw+bAe.

(3)

其中：Aw為博文考慮情感詞后的情感傾向；Ae為博文考慮表情后的情感傾向；A為二者綜合考慮后博文最終的情感傾向.若A>0，判定該博文的情感傾向?yàn)樨?fù)向；若A<0，判定博文的情感傾向?yàn)檎颍蝗鬉=0，則判定該博文情感傾向?yàn)橹行裕渲衋和b為參數(shù)，a+b=1.

定義7超話題：微博話題主要是指#號(hào)與#號(hào)之間的內(nèi)容，如#魏則西百度推廣事件#，所謂超話題就是進(jìn)一步抽取話題，如上述話題可拆分成#魏則西#和#百度#等超話題.

定義8子話題：本文所提出的UTK模型是基于LDA模型改進(jìn)的，主要是對(duì)用戶-超話題-子話題-關(guān)鍵詞模型建模，在本模型中的子話題相當(dāng)于LDA模型中的話題角色，是基于用戶微博內(nèi)容進(jìn)行抽樣得到的類別分布結(jié)果.

定義9情感社區(qū)：在特定的話題下，微博用戶對(duì)該話題具有相同情感傾向的社交網(wǎng)絡(luò)群體，稱為一個(gè)情感社區(qū).

2.2 處理框架

面向新浪微博情感社區(qū)發(fā)現(xiàn)的總體框架如圖1所示.首先爬取微博文本和用戶關(guān)系；在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，數(shù)據(jù)經(jīng)三輪清洗后，利用構(gòu)建的情感詞典對(duì)文本進(jìn)行分詞處理；對(duì)用戶博文進(jìn)行情感詞和表情詞統(tǒng)計(jì)，利用SL-SE-NB算法進(jìn)行情感傾向計(jì)算；接著使用UTK模型進(jìn)行話題抽取，最后抽取帶有情感傾向的用戶作為種子集進(jìn)行標(biāo)簽傳遞，利用SMB-LPA算法發(fā)現(xiàn)情感社區(qū).

圖1 情感社區(qū)檢測(cè)處理框架

2.3 情感檢測(cè)SL-SE-NB算法

構(gòu)建情感詞典時(shí)本文借助了目前所有較權(quán)威的情感詞典，其中有褒貶詞及其近義詞詞典、博森實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)情感詞典、清華大學(xué)李軍中文褒貶義詞典、大連理工大學(xué)中文情感詞匯、臺(tái)灣大學(xué)NTUSD簡體中文情感詞典和知網(wǎng)Hownet情感詞典.去除一些不常用的詞或者短語，最后獲得68 432個(gè)正向情感詞，41 382個(gè)負(fù)向情感詞.再從微博中提取表情文字并進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)，過濾不常用的表情符號(hào)后進(jìn)行人工標(biāo)注，共獲得573個(gè)正向情感表情，343個(gè)負(fù)向情感表情.最后，得到由情感詞詞典和情感表情詞典構(gòu)成的情感詞典集合.為預(yù)測(cè)微博文本的情感極性，本文提出了基于情感詞詞典集合和樸素貝葉斯的SL-SE-NB算法，其偽代碼如下.

輸入:情感詞典集合,訓(xùn)練集, 未標(biāo)注的微博數(shù)據(jù)集

輸出:有標(biāo)注的微博數(shù)據(jù)集

1. For eachbijin 訓(xùn)練集

2. 統(tǒng)計(jì)消極訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中情感詞及情感表情的權(quán)重;

3. 統(tǒng)計(jì)積極訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中情感詞及情感表情的權(quán)重；

4. 統(tǒng)計(jì)中性訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中情感詞及情感表情的權(quán)重；

5. End for

6. For eachbijin 未標(biāo)注的微博數(shù)據(jù)集

7. For eachwijK∈Wij‖eijP∈Eij

8. If (wijK∈NegativeWordDic‖wijK∈

Positive WordDic) then

9. 統(tǒng)計(jì)當(dāng)前微博中的情感詞wijK的詞頻;

10. For eachwijKin 當(dāng)前詞的權(quán)重

11. 計(jì)算wijK出現(xiàn)在消極微博中的后驗(yàn)概率;

12. 計(jì)算wijK出現(xiàn)在積極微博中的后驗(yàn)概率;

13. End for

14. End if

15. If (eijP∈NegativeEmojiDic‖eijP∈

PositiveEmojiDic) then

16. 統(tǒng)計(jì)當(dāng)前微博中情感表情eijP的詞頻;

17. For eacheijPin 當(dāng)前表情的權(quán)重

18. 計(jì)算eijP出現(xiàn)在消極微博中的后驗(yàn)概率;

19. 計(jì)算eijP出現(xiàn)在積極微博中的后驗(yàn)概率;

20. End for

21. End if

22. If(A>0) then

23. 極性=-1;

24. Else if (A<0) then

25. 極性=1;

26. else

27. 極性=0

28. End if

29. End if

30. End for

31. End for

SL-SE-NB算法是先訓(xùn)練分類器模型再對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行情感極性預(yù)測(cè)的過程.其中第1～5行是統(tǒng)計(jì)情感詞和情感表情在消極訓(xùn)練數(shù)據(jù)集、積極訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和中性訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的權(quán)重，至此分類模型訓(xùn)練完畢.第6～7行開始遍歷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集中每篇博文的每個(gè)單詞和每個(gè)表情；如果這些情感詞出現(xiàn)在情感詞典(積極情感詞典或者消極情感詞典)中，分別計(jì)算該詞在消極微博中的后驗(yàn)概率和在積極微博中的后驗(yàn)概率，代碼如8～14行所示，NegativeWordDic與PositiveWordDic分別為消極情感詞典與積極情感詞典；同理可以計(jì)算出每篇博文中每個(gè)表情出現(xiàn)在消極微博中的后驗(yàn)概率和每個(gè)表情出現(xiàn)在積極微博中的后驗(yàn)概率，代碼如15～21行，NegativeEmojiDic與PositiveEmojiDic分別為消極表情詞典與積極表情詞典；第22～29行是根據(jù)式(1)～式(3)判斷博文情感極性，但為了使算法達(dá)到最優(yōu)還需進(jìn)行調(diào)參.

2.4 話題UTK模型

LDA是一個(gè)文檔-話題-詞的三層貝葉斯框架模型，可以發(fā)現(xiàn)主題和詞之間的相關(guān)性，卻忽略話題之間的相關(guān)性.本文提出了基于LDA的UTK模型，即利用微博#與#之間的話題，將其加入到LDA模型中，將原LDA模型修改為用戶-超話題-子話題-關(guān)鍵詞的4層模型，旨在準(zhǔn)確地挖掘出用戶主題，同時(shí)解決了微博網(wǎng)絡(luò)稀疏性問題.

UTK模型如圖 2所示.

圖2 UTK模型

文檔生成的超話題分布Z1、子話題分布Z2和關(guān)鍵詞分布參數(shù)矩陣為Θ的聯(lián)合概率如式(4)所示.其中w為關(guān)鍵詞的多項(xiàng)式分布，H為超話題多項(xiàng)式分布的先驗(yàn)均勻分布的參數(shù)矩陣，α和β分別是參數(shù)矩陣為Θ和Φ的狄利克雷分布的超參數(shù).

P(w,Z1,Z2|α,β)=P(w|Φ,Z1)·
P(Z1|Θ)P(Z2|H).

(4)

(5)

式中，Δ(·)為狄利克雷分布的歸一化因子.

基于式(5)，本文用吉布斯抽樣法對(duì)博文中每個(gè)詞的主題進(jìn)行抽樣，得到UTK模型算法的偽代碼如表1所示.

UTK模型算法中第1～2行分別對(duì)訓(xùn)練集中每篇博文抽取關(guān)鍵詞并加載語料庫.第3～5行是為了保證讓訓(xùn)練的主題個(gè)數(shù)至少為1，第6行計(jì)算詞匯表中關(guān)鍵詞對(duì)的超話題的概率，第7行進(jìn)行吉布斯采樣，通過計(jì)算文檔-主題矩陣和主題-詞矩陣以獲取Θ和Φ概率矩陣.第8行獲取最大概率的前10個(gè)關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)的超話題，第9～11行是保存每個(gè)主題出現(xiàn)概率最高的10個(gè)詞，至此UTK模型訓(xùn)練完成.第12行是抽取每篇新博文中的關(guān)鍵詞，第13行是結(jié)合新博文和UTK模型中的詞匯表，構(gòu)建一個(gè)新詞匯表.第14行利用Φ矩陣計(jì)算重新采樣每個(gè)詞的話題，第15～17行輸出新文檔中話題概率最高的10個(gè)話題，并把結(jié)果寫入到UserTopics文件中.

2.5 SMB-LPA算法

社區(qū)發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典算法包括LPA和GN算法.LPA優(yōu)點(diǎn)是收斂速度快，但遇到多個(gè)標(biāo)簽時(shí)，LPA的隨機(jī)選擇會(huì)帶來算法的不穩(wěn)定，即算法每次執(zhí)行后的結(jié)果都會(huì)不同.GN算法考慮了全網(wǎng)結(jié)構(gòu)，找到的社區(qū)準(zhǔn)確率較高，但計(jì)算最短路徑時(shí)時(shí)間復(fù)雜度較高.并且二者均利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行社區(qū)檢測(cè)，未考慮帶有情感傾向的文本信息，故不能直接用于情感社區(qū)發(fā)現(xiàn).

本文對(duì)上述兩個(gè)算法進(jìn)行優(yōu)化，提出了用于情感社區(qū)挖掘的SMB-LPA算法.在標(biāo)簽初始化部分采用了SL-SE-NB算法的情感傾向計(jì)算結(jié)果，通過從微博中提取具有代表性的種子集，將其情感極性作為該用戶節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽，這樣就可以基于某個(gè)話題，將其劃分為積極、消極和中性社區(qū).SMB-LPA算法見表2.

第1行加載邊關(guān)系和根據(jù)種子集初始化標(biāo)簽，第2行初始化記錄迭代次數(shù)iter_time.第3～20行是進(jìn)行標(biāo)簽傳遞的過程，若can_stop()為true且迭代次數(shù)小于最大迭代次數(shù)max_iter，則進(jìn)行標(biāo)簽傳遞.第6～8行若標(biāo)簽為種子集中的標(biāo)簽，則不進(jìn)行標(biāo)簽更新.第9～12行若只有一個(gè)最大標(biāo)簽，直接選取最大標(biāo)簽為新標(biāo)簽.第13～18行若遇到多個(gè)最大標(biāo)簽，則采用最小邊介數(shù)進(jìn)行標(biāo)簽傳遞；第19行將迭代次數(shù)加1進(jìn)入下次標(biāo)簽傳遞.

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與數(shù)據(jù)集

本文的實(shí)驗(yàn)所需數(shù)據(jù)主要包括了微博用戶內(nèi)容、微博用戶關(guān)系和數(shù)據(jù)清洗完以后的數(shù)據(jù)以及用戶關(guān)系等.本文通過搭建分布式爬蟲框架，爬取了2016年5月2日到2016年5月16日發(fā)布的微博數(shù)據(jù)，共搜集9 028 632篇微博，539 564個(gè)用戶.這些微博原數(shù)據(jù)經(jīng)過3輪數(shù)據(jù)清洗后，清洗掉一些轉(zhuǎn)發(fā)微博、回復(fù)微博、廣告、新聞等內(nèi)容，同時(shí)過濾了一些中英、中日、中韓混用的微博，并且把繁體微博轉(zhuǎn)化成簡體微博，大約剩下1 471 234篇微博可供實(shí)驗(yàn)選擇.

因?yàn)楸疚闹饕芯康氖怯?jì)算原創(chuàng)微博的情感傾向，并且主要針對(duì)的是大眾用戶和活躍用戶，鑒于此，本文根據(jù)微博用戶信息又進(jìn)行了一次篩選，最后符合本實(shí)驗(yàn)的微博用戶有以下幾個(gè)特點(diǎn)：① 在2016年5月2日到2016年5月16日期間發(fā)表微博篇數(shù)在25到35之間，且沒有被新浪微博屏蔽的用戶，本文稱這些用戶為活躍用戶； ② 用戶必須有粉絲或者關(guān)注；③ 有認(rèn)證信息的用戶不作為研究對(duì)象，因?yàn)橛姓J(rèn)證的大多數(shù)微博用戶發(fā)表的博文是積極的.基于上述要求，本文最后選取了98 250篇微博，3 323個(gè)微博用戶作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集.最后又爬取了這3 323個(gè)微博的關(guān)注或者粉絲關(guān)系，一共獲得479 543條邊關(guān)系.

本文采用的軟、硬件參數(shù)如表3所示.

3.2 情感傾向計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

首先需要確定式(3)中的兩個(gè)參數(shù)值，其中a為情感詞特征的權(quán)重，b為情感表情特征的權(quán)重.為了使分類準(zhǔn)確率最高，本文對(duì)a和b進(jìn)行了參數(shù)設(shè)置.進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的數(shù)據(jù)集選取了已經(jīng)標(biāo)注的2 000條數(shù)據(jù)進(jìn)行召回率對(duì)比實(shí)驗(yàn).如圖3所示，當(dāng)a=0.8或者b=0.2，召回率最大.本文選取了基于情感詞典的情感分類算法(Senti-Lexicon)[32]、樸素貝葉斯分類算法(Naive Bayes) 進(jìn)行性能對(duì)比.本文采用召回率和F1值作為實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果見圖4和圖5.

圖3 a取值對(duì)召回率的影響

從圖4中可以看出SL-SE-NB算法比其他兩種算法(Senti-Lexicon和Naive Bayes)的召回率都要高，但是隨著數(shù)據(jù)集樣本量增加，三種算法的召回率都呈遞減趨勢(shì).這主要是因?yàn)闇y(cè)試數(shù)據(jù)集存在一定噪聲數(shù)據(jù)，隨著樣本量增加，噪聲數(shù)據(jù)也越來越多，從而導(dǎo)致了召回率下降.

從圖5中可以看到，本文所提出的SL-SE-NB算法的F1值高于其他兩種算法，但隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集樣本量增加，F(xiàn)1值均呈下降趨勢(shì).原因是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集由本實(shí)驗(yàn)室人工標(biāo)注，故存在個(gè)人標(biāo)注差異，數(shù)據(jù)量較小時(shí)，這種差異不明顯，隨著數(shù)據(jù)量的增加，差異性就會(huì)顯現(xiàn).

圖4 不同算法的召回率對(duì)比

圖5 不同算法的F1值對(duì)比

3.3 UTK模型結(jié)果分析

在UTK模型中有3個(gè)參數(shù)需要設(shè)置，分別是話題數(shù)K、狄利克雷分布的超參數(shù)α和β，以及迭代次數(shù).在評(píng)價(jià)話題抽取模型的性能時(shí)，采用召回率、困惑度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；對(duì)比算法選取了LDA模型和PAM模型.

關(guān)于最優(yōu)話題數(shù)K的設(shè)置， Blei等[22]提出了一種根據(jù)設(shè)置不同的topic數(shù)量畫出話題數(shù)-困惑度曲線圖，然后來確定最佳的話題K.本文采用該方法設(shè)置話題數(shù)K如圖6所示.可以看出，隨著話題數(shù)增加，困惑度趨于減??；當(dāng)話題數(shù)達(dá)到100以后，困惑度值基本趨于收斂，所以本文取話題數(shù)K=100.此結(jié)果與訓(xùn)練數(shù)據(jù)集比較吻合，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的超話題數(shù)共有102個(gè).這也從側(cè)面說明本文所提出的UTK模型可以找出與訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中話題個(gè)數(shù)相等的話題.其他參數(shù)如狄利克雷分布的超參數(shù)α和β，及迭代次數(shù)，最后又經(jīng)驗(yàn)調(diào)優(yōu)得到α=0.1和β=0.1(向量的每一維都相同，為0.1)，而最大迭代次數(shù)為1 000.

圖6 話題-困惑度關(guān)系

測(cè)試數(shù)據(jù)集的超話題編號(hào)集合為{1,12,28,35,42,56,63,71,85,97,101}，從圖7中可以看出，UTK話題模型的召回率均高于傳統(tǒng)LDA模型和PAM模型.在1號(hào)超話題和63號(hào)超話題的測(cè)試數(shù)據(jù)集上，UTK模型的召回率可以達(dá)到83.20%和82.56%.但在56號(hào)超話題上UTK的召回率降到了70.45%，原因是它是關(guān)于#戛納電影節(jié)#的一個(gè)超話題，其中涉及到的明星名字非常多，會(huì)導(dǎo)致在話題抽取的時(shí)候把其中關(guān)于某個(gè)明星的內(nèi)容歸類到其他超話題中，從而出現(xiàn)召回率降低的情況.相對(duì)于LDA模型，PAM模型融入了層次化思想，不僅可以對(duì)子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類，而且可以抽取更有代表性的父節(jié)點(diǎn)層，所以PAM模型得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖不如UTK模型，但是比LDA模型有優(yōu)勢(shì).

圖7 主題質(zhì)量圖

在相同參數(shù)下，分別計(jì)算UTK模型、PAM模型和LDA模型的困惑度，結(jié)果如圖8所示.可以看出，隨著迭代次數(shù)的增加，困惑度趨于收斂，UTK模型的困惑度要比其他模型的困惑度小.這也說明UTK模型可以用于真實(shí)數(shù)據(jù)集建模和預(yù)測(cè).同時(shí)也可以看到當(dāng)?shù)螖?shù)超過1 000時(shí)，困惑度基本不再變化，所以本文在真實(shí)數(shù)據(jù)集上進(jìn)行話題抽取的時(shí)候，選取的迭代次數(shù)為1 000.

圖8 迭代次數(shù)-困惑度關(guān)系

3.4 SMB-LPA算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文采用模塊度、規(guī)范化互信息和算法的運(yùn)行時(shí)間等評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)比算法是LPA，GN，SCD[33]，GEMSEC[34]和Edmot[35].使用開源框架Karate Club[36]來實(shí)現(xiàn)SCD,GEMSEC以及Edmot算法，并且在實(shí)現(xiàn)的過程中，將用戶作為節(jié)點(diǎn)，將用戶所發(fā)的經(jīng)過分詞后的微博作為該節(jié)點(diǎn)的特征.

模塊度是指給定一個(gè)由n個(gè)節(jié)點(diǎn)和m條邊組成的網(wǎng)絡(luò)，在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)vi和vj之間，邊的期望值為(didj)/(2m)，其中di和dj分別是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)vi和vj的度.考慮一條邊從節(jié)點(diǎn)vi出發(fā)，隨機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)中的任意節(jié)點(diǎn)，那么它以di/(2m)的概率連接節(jié)點(diǎn)vj.由于節(jié)點(diǎn)vi的度為di，也就是說，這個(gè)節(jié)點(diǎn)有di條邊，所以在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)vi和vj之間，邊的期望值為(didj)/(2m).結(jié)合上述解釋，模塊度的計(jì)算公式為

(6)

為了計(jì)算方便常常引入?yún)?shù)1/(2m)，讓模塊度值歸一化到-1～1之間.模塊度越大證明社區(qū)劃分的質(zhì)量越好.

規(guī)范化互信息是用來度量兩個(gè)聚類結(jié)果的相似度的，計(jì)算公式為

NMI(πa;πb)=

(7)

實(shí)驗(yàn)抽取了兩個(gè)比較活躍的話題進(jìn)行了模塊度計(jì)算，最后的模塊度值是對(duì)5次結(jié)果求平均值取得的.結(jié)果如表4所示，可以看出SMB-LPA算法是6個(gè)算法中模塊度值最大的，同時(shí)每次計(jì)算的模塊度值差別不大，這也說明SMB-LPA算法具有很好的穩(wěn)定性.LPA的模塊度值差異較大，這是由標(biāo)簽傳播算法的隨機(jī)性造成的.SCD與GEMSEC算法的模塊度值較小，這是由于聚類算法沒有種子集作為起始標(biāo)簽，僅由節(jié)點(diǎn)的特征來進(jìn)行聚類，而且節(jié)點(diǎn)的特征矩陣又較為稀疏，所以聚類的結(jié)果中很多社區(qū)只有單一一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣的原因也導(dǎo)致了算法檢測(cè)出的社區(qū)數(shù)量非常多，算法的模塊度與規(guī)范化互信息都很低.而Edmot算法通過邊增強(qiáng)的方法，增強(qiáng)了輸入網(wǎng)絡(luò)的原始連接結(jié)構(gòu)以生成重新連接的網(wǎng)絡(luò)，從重新連接的網(wǎng)絡(luò)中獲得的社區(qū)數(shù)量較少，所以其模塊度較高.雖然Edmot算法的模塊度高，但是其規(guī)范化互信息較低，原因是雖然其劃分出的社區(qū)數(shù)量少，但是劃分的準(zhǔn)確度低，與標(biāo)注值的差異依然很大，所以其模塊度高但是規(guī)范化互信息低.且由圖9可知，SMB-LPA算法的規(guī)范化互信息高于其他的算法.

表4 模塊度值比較

本文對(duì)平均運(yùn)行時(shí)間也進(jìn)行了對(duì)比，即將每個(gè)算法分別運(yùn)行30次求平均值，結(jié)果如表5所示.可以看出LPA的運(yùn)行時(shí)間最短，而SMB-LPA次之，然后就是GN算法，其余算法的運(yùn)行時(shí)間較長，尤其是GEMSEC算法的運(yùn)行時(shí)間特別長.LPA運(yùn)行時(shí)間短的原因是其執(zhí)行時(shí)只需要根據(jù)標(biāo)簽進(jìn)行隨機(jī)傳遞，不需要計(jì)算其他額外變量；而SMB-LPA算法在LPA的基礎(chǔ)上，需要計(jì)算最小邊介數(shù)，所以運(yùn)行速度不及LPA； GN算法需計(jì)算全部的邊介數(shù)，SMB-LPA算法在最大標(biāo)簽個(gè)數(shù)不唯一時(shí)才需要計(jì)算邊介數(shù)，所以SMB-LPA算法要比GN算法的運(yùn)行速度快.SCD，GEMSEC以及Edmot算法由于其在聚類過程中需要將節(jié)點(diǎn)及其鄰接節(jié)點(diǎn)的特征值納入計(jì)算過程中，而且沒有種子集作為起始標(biāo)簽進(jìn)行傳遞，所以計(jì)算過程較長.

圖9 規(guī)范化互信息值比較

表5 運(yùn)行時(shí)間比較

4 結(jié) 語

本文針對(duì)新浪微博平臺(tái)構(gòu)建情感社區(qū)檢測(cè)框架，融合微博情感表情建立情感詞典，并基于樸素貝葉斯算法提出SL-SE-NB分類模型計(jì)算文本情感傾向；為更準(zhǔn)確地挖掘出用戶主題，加入了超話題的概念，提出一種基于LDA話題模型的用戶-超話題-關(guān)鍵詞UTK模型；在LPA基礎(chǔ)上加入話題概念，并抽取帶有情感傾向的用戶作為種子集進(jìn)行標(biāo)簽傳遞，提出SMB-LPA算法以檢測(cè)情感社區(qū)；最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文算法在召回率、模塊度值、F1值、規(guī)范化信息等指標(biāo)優(yōu)于其他算法.