機(jī)器學(xué)習(xí)分類算法在社區(qū)問答系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫熙然

摘要：機(jī)器學(xué)習(xí)被廣泛應(yīng)用到自然語言處理中，社區(qū)問答提供了新的有趣的研究方向。在傳統(tǒng)問答領(lǐng)域，通過分類算法研究用戶交互行為并分析其交互方式，能夠促進(jìn)用戶交互與相關(guān)崗位結(jié)構(gòu)的開發(fā)。在此背景下，針對(duì)SemEval語義測評(píng)大賽提供的語料庫進(jìn)行了研究，基于KNN算法、隨機(jī)森林等分類方法對(duì)問題的答案進(jìn)行分類，并對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行分析和研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GBRT和隨機(jī)森林這兩種算法的分類效果最好。

關(guān)鍵詞： 答案分類; 自然語言處理; 機(jī)器學(xué)習(xí); 隨機(jī)森林;最鄰近節(jié)點(diǎn)算法

中圖分類號(hào)：TP39? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）12-0195-03

Abstract：Machine learning is widely used in natural language processing， and community question answering provides a new and interesting research direction. In the field of traditional Question Answering（QA），it can promote the development of user interaction and related post structure by studying user interaction behavior and analyzing its interaction mode through classification algorithm. In this context， this paper studies the corpus provided by SemEval semantic evaluation contest， classifies the answers based on KNN algorithm， random forest and other classification methods， and analyzes and studies the classification results. Experimental results show that GBRT and random forest algorithm are the best.

Key words：answer classification; natural language processing; machine learning; nearest neighbor node algorithm; nearest neighbor node algorithm

1引言

現(xiàn)如今許多社會(huì)活動(dòng)都是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行，國內(nèi)以知乎、BBS論壇、豆瓣社區(qū)等為主，人們通過發(fā)帖、回帖，以問答的形式交流。無論國內(nèi)還是國外，人們通過社區(qū)問答（CQA）的形式在論壇和社交網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行互動(dòng)，在此上下文中的用戶交互是相當(dāng)開放的，因此有很少的限制，每個(gè)用戶都可以發(fā)布帖子提問，同時(shí)也可以回答一個(gè)或多個(gè)問題。從好的方面來說，這意味著一個(gè)人可以自由地提問問題并且期待能得到一些好的、有用的答案。但在消極的方面上，提問者需要瀏覽所有相關(guān)的答案，并且需要進(jìn)一步判斷這些答案的意義，即答案是否對(duì)解決問題有益。通常情況下，許多答案只是松散地與實(shí)際問題有關(guān)，有的時(shí)候甚至改變了話題的方向。一般來說，一個(gè)常見的問題可能有上百個(gè)答案，其中絕大多數(shù)的答案并不能滿足用戶的信息需求。因此，在一長串答案中找到所需的信息是非常耗時(shí)的。分類問題及其算法是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)重要分支，Cover和Hart在1967年提出了基于距離度量的KNN分類算法[1]，在此之后，Breiman 等率先完成對(duì)于初期決策樹（DT）分類算法的闡釋，此即CART 算法，其特點(diǎn)在于借助樹結(jié)構(gòu)算法這一形式，完成對(duì)于數(shù)據(jù)的拆分形成離散類[2]，進(jìn)入21世紀(jì)后在前人的研究上Breiman提出了隨機(jī)森林（RF）分類算法[3]，本論文針對(duì)社區(qū)問答系統(tǒng)的研究主要基于隨機(jī)森林分類算法展開。

本次研究基于SemEval給出的語料庫，針對(duì)社區(qū)問答系統(tǒng)中給定的帶有短標(biāo)題和擴(kuò)展描述的問題，對(duì)其每一個(gè)答案按如下分類：好（good），代表肯定有關(guān);可能（potential），表示可能有用;另外其他情況分類為壞（bad），例如答案與問題無關(guān)，問題與答案為一組對(duì)話，語言為非英語等。

2機(jī)器學(xué)習(xí)分類算法及隨機(jī)森林算法

機(jī)器學(xué)習(xí)能夠借助計(jì)算機(jī)這一媒介，基于網(wǎng)絡(luò)存在的海量數(shù)據(jù)中研究以及學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)規(guī)律以及存在方式，進(jìn)而提前判定以及推測潛在信息，最終實(shí)現(xiàn)分類、回歸以及聚類等相關(guān)問題的有效解決。當(dāng)前最常見的機(jī)器學(xué)習(xí)方式分為監(jiān)督、半監(jiān)督以及無監(jiān)督三類[4]。監(jiān)督學(xué)習(xí)問題，數(shù)據(jù)輸入對(duì)象往往提前配置分配標(biāo)簽，借助大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練得出模型，隨后借助模型完成后續(xù)推測。若輸出變量具備連續(xù)性時(shí)，即回歸問題，若其呈現(xiàn)離散狀態(tài)，即分類問題。無監(jiān)督學(xué)習(xí)問題特點(diǎn)在于不會(huì)配置標(biāo)簽，其重點(diǎn)在于研究數(shù)據(jù)可能存在的隱藏結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)判定有無可區(qū)分組以及集群。半監(jiān)督學(xué)習(xí)基于二者間，借助適量標(biāo)記數(shù)據(jù)以及海量未標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和分類，雖然與標(biāo)記數(shù)據(jù)相比未標(biāo)記數(shù)據(jù)更容易獲得，但是少數(shù)標(biāo)記樣本訓(xùn)練深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致過度擬合[5]，如圖1所示，為一種有監(jiān)督學(xué)習(xí)的分類流程圖。

隨機(jī)森林（RF）算法關(guān)鍵點(diǎn)在于將經(jīng)由CART算法[6]構(gòu)設(shè)的尚未剪枝分類決策樹，視為基分類器，將Bagging[7]以及隨機(jī)特征選擇[8]進(jìn)行有機(jī)融合，確保決策樹模型具備豐富性與多元性。其原理具體表現(xiàn)為：基于原始樣本大量借助Bootstrap法對(duì)于訓(xùn)練集進(jìn)行抽取處理，隨后各訓(xùn)練集均訓(xùn)練各自的決策樹模型，完成以上步驟之后，全部基分類器投票最高類別或其一，此即最終類別。具體步驟如下所示：

（1） 通過Bootstrap 法自原始訓(xùn)練集中抽選數(shù)量為 k的樣本，確保各樣本容量均與原始訓(xùn)練集保持一致;

（2） 基于k個(gè)樣本依次構(gòu)設(shè)與之對(duì)應(yīng)的k個(gè)決策樹模型，進(jìn)一步獲取k種分類結(jié)果;

（3） 對(duì)于各k種分類結(jié)果進(jìn)行記錄，從中決定最優(yōu)分類結(jié)果。

最終分類結(jié)果選取的分類決策公式[9]如下：

[x=argmaxYi=1kIhix=Y]

其中 ， H（x）表示組合分類模型 ， hi是單個(gè)決策樹分類模型，Y 表示輸出變量（或稱目標(biāo)變量）， I（·）為示性函數(shù)。

與傳統(tǒng)的分類算法相比，隨機(jī)森林分類算法具有高準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來無論理論還是方法在許多領(lǐng)域都有了比較迅速的發(fā)展。有研究者提出了一種基于隨機(jī)森林分類器的耕地提取方法[10]，通過分類實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以在不降低分類性能代價(jià)的前提下減少特征冗余;文獻(xiàn)[11]研究了基于隨機(jī)森林特征選擇和Ceemd的短期光伏發(fā)電預(yù)測;唐洵等學(xué)者提出基于特征選擇與隨機(jī)森林的混合模型[12]，用以檢測網(wǎng)絡(luò)社區(qū)中的惡意評(píng)論，通過實(shí)驗(yàn)得到了良好的判斷準(zhǔn)確率。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 英語數(shù)據(jù)集

使用了SemEval語義測評(píng)大賽提供的三個(gè)數(shù)據(jù)集：訓(xùn)練，擴(kuò)展和測試。所有的數(shù)據(jù)以xml格式存儲(chǔ)，文本編碼為UTF-8編碼。

數(shù)據(jù)集包含的屬性如下：

QID： 問題的內(nèi)部標(biāo)識(shí);

QCATEGORY： 問題的類別;

QDATE： 問題發(fā)布的時(shí)間;

QUSERID： 發(fā)布問題的用戶的內(nèi)部標(biāo)識(shí)符;

CID： 注釋的內(nèi)部標(biāo)識(shí)符;

CUSERID： 用戶發(fā)布評(píng)論的內(nèi)部標(biāo)識(shí)符

CGOLD： 人類對(duì)評(píng)論即答案的評(píng)價(jià)標(biāo)簽，為Good， Bad， Potential， Dialogue， on-English， 或 Other。

3.2 特征提取

從樣本中共提取了八個(gè)特征，問題和答案對(duì)的特征（特征有可能是答案單獨(dú)的特征，有可能是問題和答案結(jié)合產(chǎn)生的特征）。其中包括答案中有多少詞，網(wǎng)址連接的個(gè)數(shù)，圖片數(shù);答案的標(biāo)題和問題標(biāo)題的基于tfidf的余弦相似度;答案的內(nèi)容和問題的內(nèi)容的余弦相似度;答案內(nèi)容和問題標(biāo)題的余弦相似度;答案的用戶id和問題的用戶id是否相同（若相同，很大概率是對(duì)話）

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

針對(duì)實(shí)驗(yàn)所用數(shù)據(jù)集使用的如下分類算法與隨機(jī)森林算法為參照：有邏輯回歸（Logistic Regression）分類器，梯度提升回歸樹（gradient boosting regression tree），K近鄰分類器（KNN）。

分類結(jié)果如表1所示：

根據(jù)精確率，召回率，f1分?jǐn)?shù)，可以看出隨機(jī)森林和gbrt這兩種分類算法的效果最好。但是gbrt對(duì)于類別potential的分類不是很好。KNN對(duì)于potential的分類效果較其他算法好一些，但是耗時(shí)較其他算法有些長，可能是由于測試集的數(shù)據(jù)不夠多，造成了這一結(jié)果。后續(xù)研究中可以改進(jìn)的內(nèi)容包括在特征提取方面，可以從語義的角度考慮，以及在分類時(shí)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以更加有效地處理數(shù)據(jù)，分類的結(jié)果也會(huì)更準(zhǔn)確。

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