基于深度學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)輿情情感監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

許學(xué)添 鄒同浩 肖楓

（廣東司法警官職業(yè)學(xué)院 廣東省廣州市 510520）

1 引言

輿情是指在一定的社會空間內(nèi)，圍繞社會事件的發(fā)生、發(fā)展和變化，作為主體的民眾對作為客體的社會管理者、企業(yè)、個人及其他各類組織及其政治、社會、道德等方面的取向產(chǎn)生和持有的社會態(tài)度，是較多群眾關(guān)于社會中各種現(xiàn)象、問題所表達的信念、態(tài)度、意見和情緒等等表現(xiàn)的總和。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)媒體的興起，截至2021年2月，我國的網(wǎng)民數(shù)量已經(jīng)達到9.89 億，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為輿情產(chǎn)生與傳播的主要途徑，特別是社會生活中的熱點事件或問題，更是會有大量網(wǎng)民通過評論表達出自己的情感態(tài)度，通過對這些網(wǎng)絡(luò)輿情進行情感分析[1]，可以有效掌握和解讀民意，科學(xué)、高效地做好輿情監(jiān)控和引導(dǎo)工作。

網(wǎng)絡(luò)輿情一般是以文本作為表現(xiàn)形式，隨著自然語言處理技術(shù)的發(fā)展與成熟，利用其來對網(wǎng)絡(luò)輿情進行分析處理，成為目前網(wǎng)絡(luò)輿情自動監(jiān)測的一種主流方法，其中對網(wǎng)絡(luò)輿情的情感傾向分析是一個重要的研究方向。XingMou 等[2]結(jié)合了知網(wǎng)HowNet 情感詞典和其他領(lǐng)域詞典對微博上關(guān)于電影的評論進行了情感分析；劉志明等[3]使用了三種特征選取方法和三種特征值權(quán)重計算方法，通過訓(xùn)練SVM 分類模型、貝葉斯分類模型、n 元語言模型進行情感分類的研究；Xiao Sun 等[4]通過擴展的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，完成對微博內(nèi)容的情感識別；李洋等[5]提出一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和雙向長短時記憶特征融合的模型，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取文本向量的局部特征，利用BiLSTM 提取與文本上下文相關(guān)的全局特征，將兩種互補模型提取的特征進行融合，提高了文本情感識別的準(zhǔn)確率。

本文所設(shè)計的是基于深度學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)輿情情感分析系統(tǒng)，利用爬蟲技術(shù)獲取網(wǎng)絡(luò)上的輿情文本數(shù)據(jù)，在標(biāo)注后，由深度學(xué)習(xí)模型對句子中詞向量的情感特征進行學(xué)習(xí)，訓(xùn)練后的模型可以對新采集的輿情數(shù)據(jù)進行情感分析，統(tǒng)計出網(wǎng)民們的情感傾向，并通過Web系統(tǒng)進行管理和數(shù)據(jù)顯示。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

系統(tǒng)整體設(shè)計包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、情感分析和系統(tǒng)管理四個模塊，如圖1所示，數(shù)據(jù)采集采用分布式爬蟲，由IP 代理池和Cookie 池實現(xiàn)多IP 地址的訪問偽裝和多用戶模擬登錄，由Scrapy 爬蟲框架實現(xiàn)數(shù)據(jù)抓取，Scrapy 是Python 開發(fā)的一個快速Web 信息抓取框架，用于抓取Web 站點并從頁面中提取結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)以文檔的形式存儲在MongoDB 數(shù)據(jù)庫。

圖1：系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

情感分析模塊主要完成對獲取的文本輿情數(shù)據(jù)進行情感分析，實現(xiàn)的方法主要有幾種，包括基于情感詞典的情感分析方法、基于傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)的情感分析方法和基于深度學(xué)習(xí)的情感分析方法等[6]。基于情感詞典的情感分析方法，主要依賴情感詞典的構(gòu)建，在信息爆炸的今天，各種網(wǎng)絡(luò)流行語、諧音語、雙關(guān)語等新詞語層出不窮，這就要求情感詞典不斷擴充才能保證分析的正確率；而基于傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)的情感分析方法，使用統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)算法，抽取文本情感特征，輸出情感分析結(jié)果，往往過度依賴文本情感特征的提取方法以及分類器的設(shè)計，也不能充分考慮上下文的語境信息，也存在一定的缺陷。本系統(tǒng)主要采用基于深度學(xué)習(xí)的情感分析方法，該方法可以有效解決情感詞典擴充和文本情感特征提取的問題，由深度學(xué)習(xí)的模型自主學(xué)習(xí)文本信息高維度的、深層次的情感特征信息，可以進一步提高分析的準(zhǔn)確度。

情感分析模塊首先要對輿情文本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括：

（1）數(shù)據(jù)清洗，去除文本含有的“噪聲”；

（2）分詞處理，利用jieba 分詞工具包將語句進行中文分詞；

（3）去除停用詞，借助已有的停用詞詞典，過濾掉文本中的停用詞，降低停用詞對分析結(jié)果的影響。

預(yù)處理之后進行詞向量轉(zhuǎn)換[7]，通過算法模型將文本轉(zhuǎn)化為一系列能夠表示文本的語義向量，本文借助Gensim 工具包中Word2Vec 模型完成詞向量訓(xùn)練。最后，詞向量作為input，輸入一個長短期記憶網(wǎng)絡(luò)(Long Short-Term Memory, LSTM)[8]和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolution Neural Network, CNN)[9]組成的深度學(xué)習(xí)模型，在完成調(diào)參、訓(xùn)練后對文本進行情感分析。

系統(tǒng)管理模塊作為系統(tǒng)的用戶接口模塊，包括用戶管理和對輿情情感分析結(jié)果進行可視化顯示，系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)，為了方便調(diào)用深度學(xué)習(xí)模型，采用Flask Web 框架，用戶數(shù)據(jù)和情感分析結(jié)果數(shù)據(jù)存儲在MySQL 數(shù)據(jù)庫，按照事件、時間、情感傾向等因素進行結(jié)果展示，可視化工具采用Echarts 庫。

3 文本情感分析模型

基于深度學(xué)習(xí)的情感分析模型是本系統(tǒng)的核心模塊，主要采用LSTM+CNN 建立網(wǎng)絡(luò)輿論數(shù)據(jù)的情感分類模型。

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種流行的深度學(xué)習(xí)模型，通過多維的卷積核可以獲取信息對象不同層次的多維特征，再通過池化操作來取得局部的關(guān)鍵信息。詞嵌入層(Word Embedding)[10]是一層可學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于CBOW 和Skip-gram 兩種模型，將高維度稀疏的特征向量映射為低維度稠密的詞向量，并且詞向量之間具有較高的主義相關(guān)性；CNN 用一維卷積核就可以抽取不同粒度的短文本特征，可以高效地挖掘數(shù)據(jù)的局部特征，但是CNN 在處理文本信息時，比較依賴卷積核長度，對語序不敏感，CNN 的公式如下：

LSTM 網(wǎng)絡(luò)是遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)的一種變體，它能解決RNN 的梯度消失問題，更重要的是相對于RNN，其增加了3 個特殊的門：輸入門、輸出門和遺忘門，這樣其記憶單元就具有了保存、更新和重置功能，具有兼顧長距離歷史信息的能力，應(yīng)用在文本信息處理中，可以有效提取上下文語義信息，LSTM 的計算公式如下，其中σ 為Sigmod 激活函數(shù)，代表了門開關(guān)，it為輸入門的輸出，ot輸出門的輸出，ft為遺忘門輸出，W 為對應(yīng)的權(quán)重，b 為對應(yīng)的偏置，LSTM 的更新公式為：

本文基于深度學(xué)習(xí)的文本情感分類模型如圖2所示，每個句子分詞后，每個詞的詞向量作為輸入(Input)，通過詞嵌入層(Word embeding)重新映射為長度128 的詞向量，再分別獨立經(jīng)過CNN 層和LSTM 層進行特征提取，其中CNN 層卷積核長度為512，數(shù)量為36，LSTM 層單元數(shù)量為64，之后通過RuLU 激活函數(shù)進行非線性變換，再進行dropout 處理，按照一定的概率p 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元暫時從網(wǎng)絡(luò)中丟棄，再分別通過最大值池化操作(Max pooling)，將特征進行降采樣，以減少運算量和防止過擬合，池化操作后的CNN 層特征和LSTM 層特征再進行特征融合，輸入全連接層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Full connection)進一步特征提取，最后通過Softmax 分類器輸出文本情感分類結(jié)果。

圖2：文本情感分類模型

本文采用第二十六屆全國信息檢索學(xué)術(shù)會議評測大賽提供的網(wǎng)民情緒數(shù)據(jù)集(https://www.datafountain.cn/competitions/423/datasets)進行測試，該數(shù)據(jù)集是230 個主題關(guān)鍵詞進行采集的數(shù)據(jù)，其中10 萬條已經(jīng)人工標(biāo)注（積極、中性和消極）的數(shù)據(jù)70%作為訓(xùn)練集，30%作為驗證集，在驗證集上可以得到70.4%的準(zhǔn)確率，F(xiàn)1 值為73.1。

4 總結(jié)

本文提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的輿情情感監(jiān)測系統(tǒng)，通過爬蟲技術(shù)抓取網(wǎng)絡(luò)中的評論文本數(shù)據(jù)，再調(diào)用基于CNN 和LSTM 融合的深度學(xué)習(xí)模型進行情感分類，訓(xùn)練后的模型可以充分考慮句子不同粒度的短文本特征和上下文信息，因此能夠獲得較好情感分類效果，最后系統(tǒng)將情感傾向按照事件、時間等因素進行可視化展示。該系統(tǒng)可以及時監(jiān)測廣大網(wǎng)民對某一事件的態(tài)度，實現(xiàn)科學(xué)、高效的輿情分析和引導(dǎo)，具有較高的應(yīng)用價值。