【基础】如何理解LSTM后接CRF？

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如何理解LSTM后接CRF？

学生刚刚做NER方向的研究，看的文章在LSTM后都接CRF，能不能具体解释一下为什么改用CRF而不接分类器。

Scofield

https://www.zhihu.com/question/62399257/answer/241969722

暂且简而言之，日后有时间了写文章详细展开。

1、perspectively

大家都知道，LSTM已经可以胜任序列标注问题了，为每个token预测一个label（LSTM后面接:分类器）；而CRF也是一样的，为每个token预测一个label。

但是，他们的预测机理是不同的。CRF是全局范围内统计归一化的条件状态转移概率矩阵，再预测出一条指定的sample的每个token的label；LSTM（RNNs，不区分here）是依靠神经网络的超强非线性拟合能力，在训练时将samples通过复杂到让你窒息的高阶高纬度异度空间的非线性变换，学习出一个模型，然后再预测出一条指定的sample的每个token的label。

2、LSTM+CRF

既然LSTM都OK了，为啥researchers搞一个LSTM+CRF的hybrid model?

哈哈，因为a single LSTM预测出来的标注有问题啊！举个segmentation例子(BES; char level)，plain LSTM 会搞出这样的结果：

input: "学习出一个模型，然后再预测出一条指定"

expected output: 学/B 习/E 出/S 一/B 个/E 模/B 型/E ，/S 然/B 后/E 再/E 预/B 测/E ……

real output: 学/B 习/E 出/S 一/B 个/B 模/B 型/E ，/S 然/B 后/B 再/E 预/B 测/E ……

看到不，用LSTM，整体的预测accuracy是不错indeed, 但是会出现上述的错误：在B之后再来一个B。这个错误在CRF中是不存在的，因为CRF的特征函数的存在就是为了对given序列观察学习各种特征（n-gram，窗口），这些特征就是在限定窗口size下的各种词之间的关系。然后一般都会学到这样的一条规律（特征）：B后面接E，不会出现E。这个限定特征会使得CRF的预测结果不出现上述例子的错误。当然了，CRF还能学到更多的限定特征，那越多越好啊！

好了，那就把CRF接到LSTM上面，把LSTM在time_step上把每一个hidden_state的tensor输入给CRF，让LSTM负责在CRF的特征限定下，依照新的loss function，学习出一套新的非线性变换空间。

最后，不用说，结果还真是好多了呢。

LSTM+CRF codes, here. Go just take it.

hope this helps.

火华

https://www.zhihu.com/question/62399257/answer/325334144

简单说就是条件随机场可以把label的上下文学出来。lstm加softmax分类的时候只能把特征的上下文关系学出来，label的没学出来。

uuisafresh

https://www.zhihu.com/question/62399257/answer/206903718

我理解B-LSTM+CRF模型，所谓在LSTM上面套CRF其实是不严谨的说法，假如这样说，那实际上是两层sequence model了吗。我认为其实是说把LSTM和CRF融合起来。比如LSTM的产出只有发射概率，尽管这个发射概率考虑到了上下文，因为LSTM有门机制，可以记忆或者遗忘前面内容，然后双向，有前有后这样，但是毕竟没有转移概率，像CRF HMM这种，都是结合发射概率和转移概率的。比如在词性标注，最简单BIO这样，有显而易见的规则，就是B-X后面不会有I-Y。所以干脆搞出B-LSTM+CRF，结合发射概率和转移概率这样。实际上后面接的CRF并不是真的CRF，比如它又没有特征模板，它又不接受离散特征，他只是一次Viterbi推导而已。