《中国人工智能学会通讯》——7.4 语义组合

7.4 语义组合

分布式词表示的思想可以进一步扩展，即通过组合（Composition）的方式来表示短语、句子，甚至是篇章等更大粒度的语言单元。目前主要通过三种神经网络结构来实现不同的组合方式，即循环神经网络（顺序组合）、卷积神经网络（局部组合）和递归神经网络（根据句法结构进行组合） [8] 。下面以句子“我 喜欢 红 苹果”为例，说明不同组合方式的基本原理及其优缺点，具体可以参见图 1 中“深度学习”部分。

循 环 神 经 网 络（RNN，Recurrent NeuralNetwork）从左至右顺序地对句子中的单元进行两两组合，首先将“我”和“喜欢”组合，生成隐层h 1 ；然后将 h 1 与“红”进行组合，生成 h 2 ，以此类推。传统的循环神经网络模型存在严重的梯度消失（Vanishing Gradient）或者梯度爆炸（ExplodingGradient）问题，尤其是当句子较长，即网络的层数较多时。深度学习中一些常用的技术，如使用ReLU 激活函数、正则化，以及恰当的初始化权重参数等都可以部分解决这一问题。另一类更好的解决方案是减小网络的层数，以 LSTM 和 GRU 等为代表的带门循环神经网络（Gated RNN）都是这种思路，即通过对网络中门的控制，来强调或忘记某些输入，从而缩短了其前序输入到输出的网络层数，从而减小了由于层数较多而引起的梯度消失或者爆炸问题。

积神经网络（CNN，Convolutional NeuralNetwork）目前被广泛应用于图像处理领域，它考虑了生物神经网络中的局部接收域（ReceptionField）性质，即隐含层神经元只与部分输入层神经元连接，同时不同隐含层神经元的局部连接权值是共享的。这一性质在很多自然语言处理的任务中也有所体现，如对评论文本进行分类，最终的褒贬性往往由局部的一些短语决定，同时不需要顾及这些短语在文本中的位置信息。例如，只要评论中含有“我 喜欢”，就说明该评论是褒义的。由于存在局部接收域性质，各个隐含神经元的计算可以并行的进行，这就可以充分利用现代的硬件设备（如GPU），加速卷积神经网络的计算，这一点在循环神经网络中是较难实现的。

递 归 神 经 网 络（RecNN，Recursive NeuralNetwork）首先对句子进行句法分析，将顺序结构转化为树状结构，然后利用该结构来构建深度神经网络。因此在对句子“我 喜欢 红 苹果”进行组合时，首先组合“红”和“苹果”，生成隐层 h 1 ；然后再组合“喜欢”和 h 1 ，获得 h 2 ，以此类推。由此可见，该方法充分考虑了语言的递归组合性质，不会出现在循环或者递归神经网络中可能出现的任意无意义组合，如“喜欢 红”等。同时，对于如语义关系分类等任务，往往需要识别两个距离较远的实体之间的语义关系，如句子“在哈尔滨工业大学本科生院成立典礼上，校长周玉表示……”中，“哈尔滨工业大学”和“周玉”距离较远，他们中间的词汇往往对循环或者卷积神经网络模型构成了干扰，而递归神经网络利用句法结构，会将两个实体距离拉近，从而去除不必要的干扰，提升分析的准确率。当然，递归神经网络模型也受限于句法分析的准确率，因为一旦句法分析出现了错误，则会产生错误的组合方式，从而影响最终结果。