斯坦福大学-自然语言处理入门 笔记 第九课 信息抽取（information extraction）

一、介绍

1、信息抽取（information extraction）

• 信息抽取（IE）系统
  • 找到并理解文本中的有限的相关性
  • 从很多的文档之中收集信息
  • 产生一个相关信息的结构化的表征
  • 目的：
    • 进行信息的组织使之对人有用
    • 以相对精确的语义形式存放信息方便计算机算法后续的查找
• 信息抽取（IE）系统一般会抽取清晰的实际的信息（谁对谁做了什么在什么时候）
  
• 低程度的信息抽取
  • 一般被用在苹果或者是谷歌的邮件上，或者是web索引。通常是基于正则表达和名字列表。
    
    

2、命名实体识别（named entity recognition）

• 这是在信息抽取中十分重要的一个分支：找到并识别文档中的名字
  
• 主要用途：
  • 命名实体的索引（index）和链接(link off）
  • 分析情感指向的公司或者产品
  • 很多信息抽取的关系都是和命名实体相关
  • 在问题回答（question answer）领域，答案往往是命名实体。

二、命名实体识别的评估

• 正确识别一个命名实体，需要包含两个方面，一方面需要找到表示命名实体的词组，另一方面对命名实体正确归类，如果下图所示：
  
• 对命名实体识别（NER）或者信息抽取（IE）而言，用之前介绍的recall和precision来进行评估会存在一个问题：没有办法定义边界错误（boundary error）。举例子而言：
  对于句子：First Bank of Chicago announced earnings…而言，机器识别Bank of Chicago作为实体，但实际First Bank of Chicago才是命名实体。对于这样的错误，我们在归类的时候即可以归到FN也可以归到FP。所以，基于这样的度量标准，实际上边界错误比无法识别（只会归类到FN）更严重。
• 其他度量，比如MUC得分会好一些

三、命名实体识别的序列模型（sequence model）

1、命名实体识别（NER）的机器学习序列模型

• 训练
  • 收集一系列有代表性的训练文档
  • 给每个token标注它的类别，如果不是命名实体的话就标注other（O)
  • 设计适合文档和类别的特征抽取机制
  • 训练一个序列分类来预测数据的类别
• 测试
  • 一系列的测试文档
  • 运行序列模型来给每个token进行标注
  • 输出识别出的实体

2、对序列标注进行类别编码

这里有两种可以使用的编码方式：

• IO编码，只标记每个词的类别。这里需要的标注个数是C＋１。
• IOB编码，除了标记每个词的类别之外，标记还会表示出这个类别的开始和结束，如下图B－PER表示Person类别的开始，I－PER表示person类别的结束。这样的话，当几个相同的命名实体是连在一起的时候，我们可以区分出有几个命名实体。这里需要的标注个数是２C＋１。
  
• 在实际应用中，IO编码效果可能会更好。（在Stanford的姓名粗识别中使用IO编码）
  • 一方面是IO编码的速度更快，标注数量更少
  • 另一方面，几个相同的命名实体是连在一起的情况很少，而且在这个情况下IOB编码也很难正确识别出命名实体的开始和结束。

3、序列标记的特征

• 单词
  • 目前的单词
  • 前一个/后一个单词（上下文）
• 其他推论型的语言分类
  • 词类标记
• 上下文的标签（label）
  • 前一个（或者后一个）词的标签
• 单词的子字符串：我们可以利用单词中的某些字符来进行判别，比如含有oxa子字符串的单词都是drug。
  
• 单词的形状：包括单词的长度、大小写、是否含有数字、是否含有希腊字母、连词符。利用下面的规则，我们将其抽取成特征。
  • A，B，C…→X
  • a,b,c→x
  • 1，2，3…→d
  • - → -
  • . → .
  • 对于长过四个字母的单词，我们取前两个和后两个；如果单词小于四个的话，我们就按照原来的长度转化。
  • 例子如下：
    

四、最大熵马尔可夫模型（MEMMs）/条件马尔可夫模型

很多在NLP领域的问题的数据都是序列数据（单词序列，方块字序列，行序列，句子序列等等）。而我们的任务则是对每一项都进行标注。

1、最大熵马尔可夫模型（MEMMs）/条件马尔可夫模型

• 最大熵马尔可夫模型（MEMMs）/条件马尔可夫模型，这两个分类器都是每次做一个决定，基于目前的观测和过去的决定（decision）。
• 每一次进行分类，目的是对目前的单词进行标注，该分类器的计算和标准分类器是类似的。
• 所使用的特征包括单词（之前，目前，之后），标注（之前的单词），还有其他的单词特征（单词类型、后缀、-等等）
  
• 整体的推断系统如下
  

2、三种推断

• 贪婪推断（greedy inference）
  • 从左边开始，用分类器依次给每个位置标记（label），分类器可以依靠之前的标记结果以及观测数据。
  • 优点：
    • 快，没有额外的空间存储要求
    • 非常容易实施
    • 当特征很多的时候效果很好
  • 缺点
    • 因为使用的是贪婪算法，所以可能会发生标记错误
• 束推断（beam inference）
  • 这个方法不会简单标记每个单词，相反它会保留下一些可能，在每个位置都保持前k个序列（束），每次完成一个标记就滑动前进一个序列。
  • 优点
    • 快，3-5个单词的束就可以得到比较好的效果
    • 很容易实施（不需要进行动态规划）
  • 缺点
    • 对有些标记而言，可能在表现出比较好的概率之前，就已经离开波束了
• 维特比推断（Viterbi Inference）
  • 动态规划，需要关于状态影响的滑动窗口（比如，过去的两个状态是相关的）
  • 优点：精确
  • 缺点：对长距离的单词与单词之间的影响很难应用（束推断也不允许长距离的序列）。

3、条件随机场（CRFs)

这也是一个整个序列的条件模型，而不是链式的模型（local model）。模型形如下图，只不过c和d是序列。但是如果特征f是当前（local）的，条件序列似然可以用动态规划来计算。

• 条件随机场的训练是很慢的，但是可以避免causal-competition偏误
• 有一些比较先进的方法都在被广泛的应用：比如a variant using a max margin criterion