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论文赏析[ACL18]基于RNN和动态规划的线性时间成分句法分析

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godweiyang
发布2020-03-24 10:05:19
4080
发布2020-03-24 10:05:19
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原文链接:

Linear-Time Constituency Parsing with RNNs and Dynamic Programminggodweiyang.com

好像已经很久没有看论文了呢,开学了一堆事情,以后还是要抽空阅读论文,保持一定的阅读量,并且不能光看最新的论文,还得去前人传统的方法中去寻找有没有能应用于深度学习的东西,说不定就发ACL了呢(手动滑稽)。

论文地址:Linear-Time Constituency Parsing with RNNs and Dynamic Programming

代码地址:github

介绍

这次要介绍的论文是huang liang发表在ACL18的一篇短文,提出了一个基于转移系统的线性时间句法分析器。本文的主要贡献点主要有如下几点:

  • 传统的基于转移的句法分析模型都是贪心解码,不能考虑到所有的状态空间,所以本文的模型采用beam search将状态空间提升到了指数级别。
  • 首次采用cube pruning将分析的时间复杂度降低到了

  • 采用max-violation损失函数代替原来的求和的损失函数,并且对cross-span的span进行了惩罚。
  • 在单模型上取得了最高的F1值。
  • 采用图结构的栈(GSS)代替了原来的stack,这样不需要时刻保存历史信息。

模型基础

基于span的转移系统

这个我已经在之前的文章

成分句法分析综述godweiyang.com

中详细阐述过了。核心思想就是stack里面保存的不再是短语结构树,而是span的左右边界下标

,初始时stack里面是

,终止状态栈里是

,SHIFT之后栈顶变为

,REDUCE之后栈顶变为

(假设之前栈顶两个元素是

)。

Bi-LSTM特征

状态转移时用双向LSTM两端的差值计算每个span的表示,然后计算出得分,用来预测action。

动态规划

句法树得分

还是和之前chart-based模型一样,用每个span的label得分之和作为句法树的总得分。

图结构栈(Graph-Struct Stack, GSS)

因为要采用动态规划来枚举每个时刻所有的状态,不是用普通的stack,使用GSS来保存每个时刻的状态。GSS每个时刻只需要保存栈顶的span就行了,假设为

。如果action是SHIFT,那么下一步就变成了

,如果action是REDUCE,那么还需要知道栈顶第二个元素是什么。因为考虑到了所有的状态空间,所以所有的

都是有可能的。

GSS的具体结构如下图所示:

每个时刻的状态仅用一个span表示,在具体实现的时候,每个span还保存了一个span指针数组,指向它前面所有可能的span,还保存了当前span以及之前所有span的分数之和

和当前span子树的分数之和

。每个状态还保存了一个时刻标记

,易知一共有

个时刻。

当采取SHIFT动作时,状态变为了

,并且新的span

的指针数组中新增加一个span也就是

。prefix分数变为

,其中

是span

的最高label得分,而inside分数就是span

的分数

当采取REDUCE动作时,枚举span

指针数组中所有的前一个span

,然后合并成一个span

,prefix分数变为

,其中

就是span

的最高label得分,inside分数变为了

。实际代码实现中,REDUCE完了后,span

的指针数组要更新为span

的指针数组。

Beam Search和Cube Pruning

在每个时刻,只保存prefix得分最高的前b个span状态,这样时间复杂度可以降为

,但是

相对于句子长度来说还是太大了,所以采用cube pruning继续降到

cube pruning原理是这样的:普通的beam search每个时刻枚举至多b个span,每个span和之前的至多b个span结合,所以一共最多产生

个span。

而cube pruning在每个时刻都建立一个堆,首先用上一个时刻的beam里的b个span,来产生b个SHIFT的span,送入堆里。理论上来说还应该产生至多

个REDUCE的span,但是在这里对于每个span,只取它的指针数组里得分最高的那个span,来和它结合产生新的span,送入堆里。然后在产生好的堆里,每次取出得分最高的span,出堆,如果它是REDUCE得到的span,那么就继续按照它的指针数组得分从高到低顺序产生一个span,REDUCE完之后送入堆里。依次下去,直到出栈了b个span为止。

训练

还是使用max-margin loss来训练,但是有几点小小的改进。

cross-span损失

以往的损失函数里有个

,衡量的是预测树和标准树不同的span的数量。但是这有个问题,因为用了隐式二叉化,所以在预测树里存在label为空的情况。如果这个span在标准树中label也是空,那么原来的损失就不惩罚这一项了,但是要考虑到如果这个span在标准树中与某个标准的span产生了交叉,那么它根本就不可能是对的,也得进行惩罚。

max violation updates

这是huang liang在2012提出来的,其实就是计算出每个时刻预测得分和标准得分的差距,然后取差距最大的那个时刻的得分差距作为最终的损失函数,之前都是用每个时刻得分差距之和来作为损失函数的。

实验

下图是不同的beam大小对不同长度句子分析速度的影响:

最终综合考虑速度和准确率,选择beam大小为20。

最后是beam-span模型在PTB测试集上的准确率,在单模型上取得了最好的结果:

总结

这篇论文是短论文,所以相比之下创新没有那么的大吧,主要还是速度上比chart-based有了提升,准确率上比普通的转移系统有了提升,另外还提出了几点小的改进吧,例如cross-span问题、max-violation损失之类的,转移系统也改成了适合用来进行beam search的GSS,为了进一步加快速度,还用了cube剪枝。

这么多改进其实个人感觉也是影响不大的,不是很通用,cross-span和max-violation损失可以考虑拿来用一下。下一步的工作还是考虑如何增加特征表示、加入头结点之类的吧。

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原始发表:2019-12-26,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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