用IDCNN和CRF做端到端的中文实体识别

Posted 2020-10-16 Qniguoym

实体识别和关系抽取是例如构建知识图谱等上层自然语言处理应用的基础。实体识别可以简单理解为一个序列标注问题：给定一个句子，为句子序列中的每一个字做标注。因为同是序列标注问题，除去实体识别之外，相同的技术也可以去解决诸如分词、词性标注等不同的自然语言处理问题。

说到序列标注直觉是会想到RNN的结构。现在大部分表现最好的实体识别或者词性标注算法基本都是biLSTM的套路。就像Ruder在他的博客 Deep Learning for NLP Best Practices 里面说的，There has been a running joke in the NLP community that an LSTM with attention will yield state-of-the-art performance on any task.

对于序列标注来讲，普通CNN有一个劣势，就是卷积之后，末层神经元可能只是得到了原始输入数据中一小块的信息。而对NER来讲，整个句子的每个字都有可能都会对当前需要标注的字做出影响。为了覆盖到输入的全部信息就需要加入更多的卷积层， 导致层数越来越深，参数越来越多，而为了防止过拟合又要加入更多的Dropout之类的正则化，带来更多的超参数，整个模型变得庞大和难以训练。因为CNN这样的劣势，大部分序列标注问题人们还是使用biLSTM之类的网络结构，尽可能使用网络的记忆力记住全句的信息来对单个字做标注。

Fisher Yu and Vladlen Koltun 2015 提出了一个dilated CNN的模型，意思是“膨胀的”CNN。想法其实很简单：正常CNN的filter，都是作用在输入矩阵一片连续的位置上，不断sliding做卷积。dilated CNN为这片filter增加了一个dilation width，作用在输入矩阵的时候，会skip掉所有dilation width中间的输入数据；而filter矩阵本身的大小仍然不变，这样filter获取到了更广阔的输入矩阵上的数据，看上去就像是“膨胀”了一般。

具体使用时，dilated width会随着层数的增加而指数增加。这样随着层数的增加，参数数量是线性增加的，而receptive field却是指数增加的，可以很快覆盖到全部的输入数据。

我们的模型是4个大的相同结构的Dilated CNN block拼在一起，每个block里面是dilation width为1, 1, 2的三层Dilated卷积层，所以叫做 Iterated Dilated CNN。

IDCNN对输入句子的每一个字生成一个logits，这里就和biLSTM模型输出logits之后完全一样，放入CRF Layer，用Viterbi算法解码出标注结果。

在biLSTM或者IDCNN这样的深度网络模型后面接上CRF层是一个序列标注很常见的方法。biLSTM或者IDCNN计算出的是每个词分类的概率，而CRF层引入序列的转移概率，最终计算出loss反馈回网络。网上有不少相关帖子，如这里