面向工藝文本的命名實(shí)體識(shí)別方法研究

賈 猛，王裴巖，張桂平，蔡?hào)|風(fēng)

(沈陽航空航天大學(xué) 人機(jī)智能研究中心，遼寧 沈陽 110136)

0 引言

命名實(shí)體識(shí)別(Named Entity Recognition，NER)的主要任務(wù)是識(shí)別出文本中的人名、地名等專有名稱和有意義的時(shí)間、日期等數(shù)量短語并加以歸類[1]，是機(jī)器翻譯、信息檢索、知識(shí)圖譜等應(yīng)用的核心組件之一。面向工藝文本的命名實(shí)體是對(duì)產(chǎn)品制造中所遵照或是產(chǎn)生的工藝標(biāo)準(zhǔn)、工藝大綱、工藝規(guī)范、指導(dǎo)書等文本中蘊(yùn)含的工程圖紙、參考標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)特征、零件和零件號(hào)、零部件屬性和屬性值等進(jìn)行識(shí)別，對(duì)于工藝知識(shí)庫構(gòu)建[2-3]與工藝自動(dòng)生成[4-5]等具有重要作用。

近年來，深度學(xué)習(xí)模型被廣泛用于通用領(lǐng)域NER任務(wù)中，并表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。此類方法將命名實(shí)體識(shí)別轉(zhuǎn)化為序列標(biāo)注問題，基于RNN[6]、LSTM[7]或GRU[8]網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)每個(gè)字在實(shí)體中的構(gòu)成成分。如文獻(xiàn)[9]首先將LSTM應(yīng)用于命名實(shí)體識(shí)別任務(wù)，取得了不錯(cuò)的識(shí)別效果。文獻(xiàn)[10]首次將BiLSTM-CRF模型應(yīng)用于NLP序列標(biāo)注的命名實(shí)體識(shí)別數(shù)據(jù)集上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BiLSTM-CRF模型相較于LSTM獲得了更好的結(jié)果。文獻(xiàn)[11]將BiLSTM與CNN進(jìn)行結(jié)合，用于命名實(shí)體識(shí)別，取得了不錯(cuò)的識(shí)別效果。文獻(xiàn)[12]提出了基于BiLSTM和基于Stack-LSTM兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在四種語言上均獲得了很好的識(shí)別效果。最近，針對(duì)中文的命名實(shí)體識(shí)別，文獻(xiàn)[13]提出了一種融合字詞的BiLSTM模型，在《人民日?qǐng)?bào)》和MSRA語料上均取得不錯(cuò)的識(shí)別效果。文獻(xiàn)[14]提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Lattice LSTM，將潛在詞信息融入到基于字符的LSTM-CRF中，在中文NER中，取得了目前最佳的效果。上述通用領(lǐng)域模型中均未引入外部知識(shí)，文獻(xiàn)[15]研究并證明了外部知識(shí)對(duì)于命名實(shí)體識(shí)別的重要性。文獻(xiàn)[16]從維基百科語料中獲得地名詞典，并將其作為特征加入到BiLSTM-CRF模型中訓(xùn)練，在兩種不同的語言中獲得了命名實(shí)體識(shí)別性能的提升。該方法將詞典作為外部知識(shí)加入到模型中，未考慮規(guī)則這類外部知識(shí)，但在專業(yè)領(lǐng)域中，語料中大都含有大量的句型和構(gòu)詞規(guī)則，如何將這類規(guī)則和詞典相結(jié)合提升實(shí)體識(shí)別效果是一個(gè)難點(diǎn)。

相較于通用領(lǐng)域，專業(yè)領(lǐng)域中命名實(shí)體的識(shí)別需要以該領(lǐng)域的知識(shí)為依據(jù)，并兼顧其語言規(guī)律特性，使得專業(yè)領(lǐng)域的命名實(shí)體識(shí)別具有一定的難度[15]。在化學(xué)領(lǐng)域，文獻(xiàn)[17]針對(duì)化學(xué)資源文本的語言規(guī)律及特點(diǎn)，建立BiLSTM-CRF模型對(duì)命名實(shí)體進(jìn)行初步識(shí)別，并使用基于詞典與規(guī)則相結(jié)合的方法對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行校正；在軍事領(lǐng)域，文獻(xiàn)[18]針對(duì)軍事文本的語法特點(diǎn)建立特征集合，基于CRF對(duì)軍事命名實(shí)體進(jìn)行識(shí)別，并依次使用基于詞典的方法和基于規(guī)則的方法對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行校正；在小語種識(shí)別領(lǐng)域，文獻(xiàn)[19]針對(duì)維吾爾語命名實(shí)體識(shí)別中存在的語義信息欠缺及數(shù)據(jù)稀疏等問題，基于BiLSTM進(jìn)行初始識(shí)別，并將維吾爾語單語知識(shí)引入后處理校正模塊。上述方法都關(guān)注在深度學(xué)習(xí)模型識(shí)別后，使用領(lǐng)域知識(shí)規(guī)則對(duì)個(gè)別實(shí)體結(jié)果進(jìn)行修正，但并沒有利用這部分知識(shí)在提高此部分實(shí)體識(shí)別效果的同時(shí)幫助其他實(shí)體的識(shí)別。其原因在于，“校正”方法只能對(duì)具有詞典或規(guī)則的實(shí)體在模型識(shí)別后對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行校正，而對(duì)于沒有詞典或規(guī)則的實(shí)體，“校正”方法并不能在模型識(shí)別后通過后處理校正來提升該部分實(shí)體的識(shí)別效果，也就是識(shí)別模型與詞典及規(guī)則相脫離，詞典及規(guī)則指導(dǎo)信息沒有利用于模型的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)過程。

針對(duì)以上問題，本文面向工藝文本提出了一種融入領(lǐng)域知識(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)命名實(shí)體識(shí)別方法。該方法利用領(lǐng)域詞典與規(guī)則預(yù)識(shí)別出部分實(shí)體作為預(yù)識(shí)別實(shí)體特征，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型CNN-BiLSTM-CRF，通過CNN網(wǎng)絡(luò)利用預(yù)識(shí)別實(shí)體整體特征指導(dǎo)字序列標(biāo)注模型的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)表明，本方法不但能夠提高詞典及規(guī)則覆蓋的實(shí)體識(shí)別效果，還能夠提高其他類實(shí)體的識(shí)別效果，優(yōu)于其他參與比較的方法，實(shí)體識(shí)別的F1值從90.99%提升到93.03%。

本文的組織結(jié)構(gòu)如下: 第1節(jié)闡述工藝文本的實(shí)體識(shí)別；第2節(jié)闡述CNN-BiLSTM-CRF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第3節(jié)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了所提方法的識(shí)別效果；第4節(jié)作出結(jié)論。

1 工藝文本實(shí)體識(shí)別

本文在工藝文本中識(shí)別的實(shí)體涉及12大類(表1)，這些實(shí)體表現(xiàn)出了如下特點(diǎn)。首先，因?yàn)槟愁惥幪?hào)或包含編號(hào)的實(shí)體比重很大，由于編號(hào)具有規(guī)則，所以能使用規(guī)則識(shí)別出此類實(shí)體。但由于同一套編號(hào)規(guī)則能夠適用于不同類實(shí)體，也造成了歧義。例如，零件號(hào)與工程圖紙?zhí)柧幪?hào)規(guī)則完全一致，又如，參考標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)范、方法圖等編號(hào)規(guī)則有重疊。這就需要在使用規(guī)則識(shí)別的同時(shí)，使用上下文信息進(jìn)一步消除歧義或修正規(guī)則識(shí)別結(jié)果。其次，常用標(biāo)準(zhǔn)件如“螺釘”與“軸承”等及結(jié)構(gòu)特征如“孔”“凸臺(tái)”等能夠使用詞典識(shí)別。但還存在“下防撞燈電源盒”等無法基于詞典識(shí)別的實(shí)體。再者，工藝文本中的實(shí)體存在嵌套現(xiàn)象，如“鉚釘孔”結(jié)構(gòu)特征實(shí)體中嵌套有“鉚釘”零件實(shí)體。這些特點(diǎn)就需要在使用深度學(xué)習(xí)模型識(shí)別實(shí)體的同時(shí)融入規(guī)則或詞典信息，幫助模型訓(xùn)練及預(yù)測(cè)。

表1 工藝文本數(shù)據(jù)表

2 CNN-BiLSTM-CRF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本文提出了一種基于CNN-BiLSTM-CRF的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并將領(lǐng)域知識(shí)融入其中，用于工藝文本的命名實(shí)體識(shí)別。該模型將實(shí)體識(shí)別視為字序列標(biāo)注問題，模型的輸入為字序列，輸出為字序列所對(duì)應(yīng)的實(shí)體標(biāo)記。首先將輸入的字序列信息處理為字特征向量和實(shí)體預(yù)識(shí)別特征向量，然后分別通過CNN網(wǎng)絡(luò)提取深層次局部字符級(jí)特征信息并將輸出向量進(jìn)行拼接，最后將拼接后的向量輸入到BiLSTM-CRF網(wǎng)絡(luò)中。基于BiLSTM，該模型能夠有效利用工藝文本序列數(shù)據(jù)的上下文輸入特征；基于CRF，該模型能夠考慮輸出標(biāo)簽之間的依賴性，輸出最優(yōu)標(biāo)簽序列。模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，該模型由五部分組成: Input層、Embedding層、CNN層、BiLSTM層和CRF層。

圖1 CNN-BiLSTM-CRF命名實(shí)體識(shí)別模型

2.1 Input層

2.1.1 字特征

現(xiàn)有的命名實(shí)體識(shí)別有基于字[7]、基于詞[10]以及字詞聯(lián)合[13]的三種輸入方式。由于基于詞的輸入方式受分詞結(jié)果的影響，并且沒有專門的工藝文本分詞工具，因此本文選用基于字特征輸入的方式。將工藝文本數(shù)據(jù)按字進(jìn)行切分，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)字的出現(xiàn)次數(shù)，按從高到低進(jìn)行排序。同時(shí)需要向字表中加入未登錄字和填充標(biāo)記，其中未登錄字指字表中不存在的字，填充標(biāo)記是為了方便模型進(jìn)行批訓(xùn)練，將輸入句子填充為同樣的長(zhǎng)度。根據(jù)該字表，將輸入字序列轉(zhuǎn)化為數(shù)字索引的形式表示。

2.1.2 實(shí)體預(yù)識(shí)別特征

實(shí)體預(yù)識(shí)別特征由基于詞典的預(yù)識(shí)別特征和基于規(guī)則的預(yù)識(shí)別特征構(gòu)成?；谠~典的預(yù)識(shí)別是對(duì)零件和結(jié)構(gòu)特征兩種實(shí)體的預(yù)識(shí)別，基于規(guī)則的預(yù)識(shí)別是對(duì)工程圖紙?zhí)?、零件?hào)、參考標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、方法圖和工藝規(guī)范五種實(shí)體的預(yù)識(shí)別。將上述預(yù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行組合，為基于詞典及規(guī)則的實(shí)體預(yù)識(shí)別特征，并將輸入字序列對(duì)應(yīng)的預(yù)識(shí)別實(shí)體標(biāo)注結(jié)果轉(zhuǎn)化為獨(dú)熱向量的形式表示。

2.1.2.1 基于詞典的預(yù)識(shí)別

由于工藝文本中零件實(shí)體和結(jié)構(gòu)特征實(shí)體存在嵌套交叉現(xiàn)象，如“高鎖螺栓孔”，該實(shí)體為結(jié)構(gòu)特征實(shí)體，但里面嵌套著“高鎖螺栓”零件實(shí)體。為了提高該部分實(shí)體的識(shí)別效果，本文通過人工收集建立零件和結(jié)構(gòu)特征命名實(shí)體庫即詞典，零件和結(jié)構(gòu)特征詞典大小為1 384，如“沉頭螺栓”“自鎖螺母”“導(dǎo)孔”等。依據(jù)該詞典對(duì)輸入字序列進(jìn)行逆向最大匹配[20]并對(duì)結(jié)果做初始標(biāo)注，如“沉頭螺栓”標(biāo)注結(jié)果為“B-LJ I-LJ I-LJ E-LJ”，將標(biāo)注結(jié)果作為基于詞典的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征。

2.1.2.2 基于規(guī)則的預(yù)識(shí)別

經(jīng)過人工分析發(fā)現(xiàn)，工藝文本中部分實(shí)體的上下文構(gòu)成和構(gòu)詞本身存在一定的規(guī)律。本文通過分析這部分實(shí)體上下文和實(shí)體本身的用詞特點(diǎn)，人工總結(jié)出一些啟發(fā)式的句型和構(gòu)詞規(guī)則，制定出規(guī)則模板，依據(jù)該模板對(duì)輸入字序列進(jìn)行規(guī)則匹配并對(duì)結(jié)果做初始標(biāo)注，將標(biāo)注結(jié)果作為基于規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征。句型規(guī)則示例如表2第1行所示，“按534GD601要求進(jìn)行制孔”匹配規(guī)則“按BZ要求進(jìn)行制孔”后，得到實(shí)體預(yù)標(biāo)注序列“O B-BZ I-BZ I-BZ I-BZ I-BZ I-BZ I-BZ E-BZ O O O O O O”。觸發(fā)詞規(guī)則示例如表2第2行所示，“定位NAS578-5B”匹配規(guī)則“定位LJH”后，得到實(shí)體預(yù)標(biāo)注序列“O O B-LJH I-LJH I-LJH I-LJH I-LJH I-LJH I-LJH I-LJH E-LJH”。構(gòu)詞規(guī)則示例如表2第3行所示，“GYGF036-078”匹配規(guī)則“GYGF數(shù)字串-數(shù)字串”后，得到實(shí)體預(yù)標(biāo)注序列“B-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF I-GYGF E-GYGF”。下面介紹詳細(xì)的規(guī)則模板說明。

表2 規(guī)則說明

(1)句型規(guī)則

工藝文本中頻繁使用大量固定的句型，如“按照?qǐng)D紙……制……與……的導(dǎo)孔”、“根據(jù)……對(duì)……的調(diào)整檢查”、“按……及參考……定位……并鉆定位孔”等。其中，工程圖紙?zhí)?、參考?biāo)準(zhǔn)號(hào)和零件號(hào)實(shí)體經(jīng)常嵌套在上述結(jié)構(gòu)中，并且零件后面一般緊跟其對(duì)應(yīng)的零件號(hào)，此類句型歸納總結(jié)為25條。因此可通過對(duì)固定句型的識(shí)別來判定工藝文本命名實(shí)體中的工程圖紙?zhí)?、零件?hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)號(hào)實(shí)體。

(2)觸發(fā)詞規(guī)則

在句型規(guī)則中，經(jīng)常包含一類固定的詞，這些詞的出現(xiàn)預(yù)示著工程圖紙?zhí)?、零件?hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)號(hào)實(shí)體的出現(xiàn)，將這些詞稱為觸發(fā)詞，如“按照BAPS151-001手工安裝ZCB4023V3CR8粘接支架”，在上述例子中，參考標(biāo)準(zhǔn)號(hào)和零件號(hào)實(shí)體出現(xiàn)在“按照”和“安裝”觸發(fā)詞之后。除上述觸發(fā)詞之外，還有“定位”“鉆制”“拆除”等，此類觸發(fā)詞歸納總結(jié)為19個(gè)，在一定程度上標(biāo)識(shí)著實(shí)體類別和邊界。因此，本文建立了完備的觸發(fā)詞知識(shí)庫來判定工藝文本命名實(shí)體中的工程圖紙?zhí)?、零件?hào)和參考標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體。

(3)構(gòu)詞規(guī)則

工藝文本中實(shí)體的內(nèi)部構(gòu)成存在一定的規(guī)律，如工藝規(guī)范實(shí)體“GYGF036-078”，是由“GYGF”作為開始字符，其后緊跟一個(gè)由數(shù)字和字母構(gòu)成的字符串。有類似構(gòu)詞規(guī)律的實(shí)體還有方法圖和參考標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體。因此通過該構(gòu)詞規(guī)則來判定工藝文本命名實(shí)體中的工藝規(guī)范、方法圖和參考標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體。

2.2 Embedding層

文本向量化有兩種表示方法: 獨(dú)熱表示和分布式表示[21]。分布式向量能夠從大規(guī)模的語料中學(xué)習(xí)到單詞間的語義相關(guān)性，并且可有效降低維度，本文采用分布式的向量表示。分布式表示使用Word2Vec[22]預(yù)訓(xùn)練模型，Word2Vec有兩種實(shí)現(xiàn)模型: Skip-gram和CBOW。文獻(xiàn)[23]對(duì)兩種模型進(jìn)行了比較，當(dāng)語料規(guī)模在百兆級(jí)別時(shí)，CBOW模型表現(xiàn)更好。結(jié)合本文所用的語料，選用CBOW模型。

2.3 CNN層

CNN是有效提取句子局部特征信息的方法[24]。本文中預(yù)識(shí)別的實(shí)體特征形成了指導(dǎo)標(biāo)注的局部特征，利用CNN提取該局部特征信息。圖2是本文所用的CNN模型結(jié)構(gòu)。對(duì)于每個(gè)輸入，使用一個(gè)卷積層和一個(gè)池化層從每個(gè)輸入特征向量中提取一個(gè)新的特征向量。在字符經(jīng)過Embedding層輸入卷積層之前，先經(jīng)過一個(gè)Dropout[25]層。輸入特征向量包括基于字的特征向量和實(shí)體預(yù)識(shí)別特征向量。

圖2 CNN提取字符級(jí)特征

2.4 BiLSTM層

2.4.1 LSTM網(wǎng)絡(luò)

LSTM是在RNN的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的一個(gè)模型，t時(shí)刻，給定輸入xt，LSTM的記憶單元結(jié)構(gòu)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)如式(1)所示。

(1)

其中，W表示連接兩層的權(quán)重矩陣(如Wxi表示輸入層到隱藏層的輸入門的權(quán)重矩陣)，b表示偏置向量(如bi表示隱藏層的輸入門的偏置向量)，c表示記憶單元的狀態(tài)，σ()和tanh()表示兩種不同的神經(jīng)元激活函數(shù)，i，f和o分別表示輸入門、遺忘門和輸出門。

2.4.2 BiLSTM網(wǎng)絡(luò)

圖3 BiLSTM模型結(jié)構(gòu)

2.5 CRF層

CRF模型是Lafferty等[27]提出的一種判別式概率無向圖學(xué)習(xí)模型。工藝文本命名實(shí)體識(shí)別任務(wù)的標(biāo)簽之間并不獨(dú)立，具有較強(qiáng)的依賴關(guān)系，如文本中所識(shí)別零件實(shí)體LJ和工程圖紙實(shí)體TZ，通常B表示開始的字，I表示中間的字，E表示最后的字，O表示非實(shí)體，B-LJ標(biāo)簽后面可能是I-LJ標(biāo)簽和E-LJ標(biāo)簽，但不可能是I-TZ標(biāo)簽。由于CRF能考慮相鄰標(biāo)簽之間的關(guān)系，所以本文使用CRF對(duì)標(biāo)簽序列進(jìn)行建模，而不是獨(dú)立地對(duì)每個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行解碼。

在這里，定義輸入句子X、輸出標(biāo)簽序列y的分值s(X,y)，如式(2)所示。

(2)

其中，A是轉(zhuǎn)移矩陣，表示將所有狀態(tài)一步轉(zhuǎn)移的概率；P是BiLSTM輸出的矩陣，Pi,j是假設(shè)從第i個(gè)字到第j個(gè)字作為一個(gè)命名實(shí)體的得分。

為了最大化正確標(biāo)簽序列的概率，解碼搜索條件概率最大的標(biāo)簽序列y*，如式(3)所示。

(3)

其中，YX表示y所有可能的標(biāo)簽序列。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集

本實(shí)驗(yàn)以某型飛機(jī)裝配所遵照的工藝文本作為數(shù)據(jù)集，該工藝文本數(shù)據(jù)來源于工藝標(biāo)準(zhǔn)、工藝大綱、工藝規(guī)范和指導(dǎo)書中的操作說明語句，共10 350條，經(jīng)過人工標(biāo)注后為實(shí)驗(yàn)語料。該數(shù)據(jù)集中包含命名實(shí)體99 704個(gè)，實(shí)體類型如表1所示，平均句長(zhǎng)為194個(gè)字，數(shù)據(jù)標(biāo)注方式采用BIEO形式的標(biāo)注方式。本文實(shí)驗(yàn)均在十折交叉驗(yàn)證下進(jìn)行，并且取十次結(jié)果的平均值作為對(duì)算法精度的估計(jì)。

3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文主要通過準(zhǔn)確率P(Precision)、召回率R(Recall)和F1值這三個(gè)指標(biāo)來對(duì)工藝文本的實(shí)體識(shí)別結(jié)果進(jìn)行評(píng)測(cè)。具體如式(4)～式(6)所示。

3.3 參數(shù)設(shè)置

本文采用基于batch的梯度下降優(yōu)化超參數(shù)，其中批次大小為64，使用Adam優(yōu)化器，并設(shè)置學(xué)習(xí)率為0.001；為了防止過擬合問題，設(shè)置Dropout參數(shù)為0.2；LSTM前向傳播和反向傳播的隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為200。CNN層設(shè)置卷積核大小為2，卷積核個(gè)數(shù)為200，卷積層數(shù)為1，采用ReLU()激活函數(shù)。具體模型最佳訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置如表3所示。Embedding層使用Word2Vec的CBOW模型生成的向量，各參數(shù)取表4中的值時(shí)，模型的綜合實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到最佳。

表3 最佳訓(xùn)練參數(shù)設(shè)置

表4 CBOW模型參數(shù)表

3.4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證融入基于領(lǐng)域詞典及規(guī)則預(yù)識(shí)別特征的有效性，本文設(shè)計(jì)了8組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如表5所示。模型均使用2.2節(jié)所提到的CBOW模型在中文維基百科語料上訓(xùn)練而成的100維的字向量。模型1～5的輸入向量是基于字特征的向量，未加入額外特征；模型6使用的輸入向量是基于字特征的向量，未加入額外特征，在模型識(shí)別后使用詞典及規(guī)則進(jìn)行校正；模型7中的Pre_dic表示的是在基于字特征輸入的基礎(chǔ)上，加入額外基于詞典的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征向量作為模型輸入；模型8中的Pre_dic_reg表示的是在基于字特征輸入的基礎(chǔ)上，加入額外基于詞典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征向量作為模型輸入。

表5 8種模型對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)表5中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，模型1～5在基于字特征輸入的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，模型5識(shí)別效果最好，準(zhǔn)確率、召回率和F1值可達(dá)到88.59%、93.82%和90.99%。模型5和模型2相比，增加了CNN，其中模型5采用了模型2的BiLSTM-CRF層結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確率、召回率和F1值分別提高了0.08%、3.37%和1.52%，說明加入CNN用于提取工藝文本輸入字向量中存在的局部信息是有效的；模型5和模型4相比，將模型4的BiGRU使用BiLSTM代替，準(zhǔn)確率、召回率和F1值分別提高了0.24%、2.59%和1.29%，說明BiLSTM相較于BiGRU在本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出了更好的識(shí)別效果；模型6、7和8均采用了模型5的CNN-BiLSTM-CRF層結(jié)構(gòu)。模型6和模型5相比，在模型5的基礎(chǔ)上加入后處理“校正”，準(zhǔn)確率、召回率和F1值分別提高了1.11%、0.69%和1%，說明在模型識(shí)別后使用詞典及規(guī)則對(duì)部分實(shí)體校正后，該部分實(shí)體識(shí)別效果的提升使得整體的結(jié)果有了一定的提升；模型8和模型7相比，輸入特征由字特征加基于詞典的預(yù)識(shí)別特征變?yōu)樽痔卣骷踊谠~典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征，準(zhǔn)確率、召回率和F1值分別提高了1.1%、1.56%和1.25%，原因在于，基于詞典的預(yù)識(shí)別只是對(duì)零件和結(jié)構(gòu)特征兩類實(shí)體做預(yù)識(shí)別，而基于詞典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別是在上述兩類實(shí)體的基礎(chǔ)上又增加了對(duì)零件號(hào)、工程圖紙、參考標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)范和方法圖五類實(shí)體的預(yù)識(shí)別，實(shí)體覆蓋范圍更廣，向量中所隱含的特征信息更加豐富，使得模型表現(xiàn)更好；從模型8和模型6的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，相較于使用詞典及規(guī)則在模型識(shí)別后面校正的方法，將基于詞典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征加入到模型中效果更好，準(zhǔn)確率、召回率和F1值分別提高了1.25%、0.85%和1.04%，究其原因，主要在于“校正”方法僅能用后處理的方法修正具有詞典與規(guī)則的那部分實(shí)體的識(shí)別效果，不能幫助其他類實(shí)體的識(shí)別，而所提出的方法不但能夠提高具有詞典和規(guī)則的實(shí)體識(shí)別效果，還能幫助其他類實(shí)體的識(shí)別，該方法使得識(shí)別模型與詞典及規(guī)則相結(jié)合，詞典及規(guī)則指導(dǎo)信息更好地利用于模型的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)過程，使模型整體的泛化能力更強(qiáng)，獲得了更好的識(shí)別效果。

由2.1節(jié)可知，在工藝文本待識(shí)別的12種實(shí)體中，參考標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)特征、零件、零件號(hào)、工程圖紙、工藝規(guī)范和方法圖七種實(shí)體能用詞典或規(guī)則的方法預(yù)識(shí)別出，識(shí)別結(jié)果如表6所示。

表6 詞典及規(guī)則覆蓋度

通過分析表6可知，工藝規(guī)范和方法圖實(shí)體準(zhǔn)確率和召回率都比較高，原因在于這兩類實(shí)體規(guī)則較為明顯，通過人工能很好地總結(jié)出構(gòu)詞規(guī)律。對(duì)于零件號(hào)、參考標(biāo)準(zhǔn)和工程圖紙這三類實(shí)體，召回率較低，準(zhǔn)確率較高，原因在于這三類實(shí)體的構(gòu)詞形式較多，只能從中總結(jié)出相對(duì)較為普遍的構(gòu)詞規(guī)律。對(duì)于零件和結(jié)構(gòu)特征實(shí)體，召回率較高，準(zhǔn)確率較低，主要在于零件和結(jié)構(gòu)特征實(shí)體存在嵌套交叉現(xiàn)象，在基于詞典進(jìn)行逆向最大匹配的過程中會(huì)將兩類實(shí)體混淆。

為進(jìn)一步驗(yàn)證加入基于詞典及規(guī)則預(yù)識(shí)別特征的有效性，對(duì)于工藝文本中的各類實(shí)體，選取表5中模型5、模型6和模型8三種模型做對(duì)比，其中，模型5是基于字特征輸入中識(shí)別效果最好的模型，模型6是在模型5后使用詞典及規(guī)則校正的方法，模型8是在模型5基礎(chǔ)上加入額外的基于詞典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征。對(duì)于具有詞典及規(guī)則的各類實(shí)體，模型對(duì)比結(jié)果如表7所示，對(duì)于無詞典及規(guī)則的各類實(shí)體，模型對(duì)比結(jié)果如表8所示。

表7 具有詞典及規(guī)則的各類實(shí)體識(shí)別結(jié)果 (單位: F1/%)

表8 無詞典及規(guī)則的各類實(shí)體識(shí)別結(jié)果 (單位: F1/%)

通過分析表7可知，有詞典及規(guī)則的各類實(shí)體在加入額外基于詞典及規(guī)則預(yù)識(shí)別特征后，每類實(shí)體的F1值均有一定的提升，并且高于在模型識(shí)別后使用詞典及規(guī)則校正的方法，說明這類實(shí)體在詞典及規(guī)則信息特征的指導(dǎo)下，模型發(fā)揮出了更好的效果。從表8可以看出，“校正”方法僅能用后處理的方法修正具有詞典與規(guī)則的那部分實(shí)體的識(shí)別效果，無法對(duì)無詞典及規(guī)則類實(shí)體在模型識(shí)別后使用詞典及規(guī)則進(jìn)行校正，因此模型5和模型6在該類實(shí)體上識(shí)別效果一樣，而本文方法不但能夠提高具有詞典和規(guī)則的實(shí)體識(shí)別效果，對(duì)于無詞典及規(guī)則的每類實(shí)體的F1值也均有提高，主要原因在于向量的分布中隱含了額外的詞典及規(guī)則指導(dǎo)信息，經(jīng)過CNN-BiLSTM-CRF模型的抽象，可以更好地學(xué)習(xí)出來。也進(jìn)一步說明了加入CNN和基于詞典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征后，在提高模型整體識(shí)別效果的同時(shí)，對(duì)于每一類實(shí)體均有提升，驗(yàn)證了本文方法的有效性。

4 結(jié)論與展望

現(xiàn)有的專業(yè)領(lǐng)域命名實(shí)體識(shí)別研究大都關(guān)注在深度學(xué)習(xí)模型識(shí)別后，使用領(lǐng)域詞典及知識(shí)規(guī)則對(duì)個(gè)別實(shí)體結(jié)果進(jìn)行校正，但并沒有利用這部分領(lǐng)域詞典及知識(shí)規(guī)則在提高此部分實(shí)體識(shí)別效果的同時(shí)幫助其他實(shí)體的識(shí)別。其根本原因在于，識(shí)別模型與領(lǐng)域詞典及知識(shí)規(guī)則相脫離，詞典及規(guī)則指導(dǎo)信息沒有利用于模型的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)過程。針對(duì)該問題，本文提出建立基于CNN-BiLSTM-CRF的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于工藝文本命名實(shí)體的識(shí)別，引入基于領(lǐng)域詞典及規(guī)則的預(yù)識(shí)別實(shí)體特征，將其用來指導(dǎo)模型的訓(xùn)練與識(shí)別，實(shí)驗(yàn)表明，本方法可有效提高工藝文本命名實(shí)體識(shí)別的性能。同時(shí)本文提出使用特征提取器CNN，抽取工藝文本輸入特征向量中存在的局部字符級(jí)信息，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能。

未來工作中，我們將考慮模型在基于字輸入的基礎(chǔ)上融入詞或者句子信息，期許能在模型隱層中提取出更多特征信息，獲得更好的識(shí)別性能。