Convolutional Neural Networks for Sentence Classification 阅读笔记

本文介绍了使用卷积神经网络(CNN)进行句子分类的技术,详细解释了CNN在自然语言处理(NLP)领域的应用,包括模型架构、正则化技术、模型变体及其实验结果。

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原文链接: http://chenhao.space/post/b62604a1.html

Introduction

题目:Convolutional Neural Networks for Sentence Classification

来源:EMNLP 2014

本论文提出将CNN用在NLP的句子分类任务上,进行了一系列的对比实验。


Model

假设一个句子的长度为n,可以表示为(词向量 x x x k k k维):
x 1 : n = x 1 ⊕ x 2 ⊕ . . . ⊕ x n x_{1:n}=x_1⊕x_2⊕...⊕x_n x1:n=x1x2...xn
其中 ⊕ ⊕ 表示concatenation operator,例如, x i : i + j x_{i:i+j} xi:i+j 等于 x i , x i + 1 , . . . , x i + j x_i,x_{i+1},...,x_{i+j} xi,xi+1,...,xi+j 的concatenation。

设过滤器filter的窗口的size为 ( h , k ) (h,k) (h,k),一个feature c i c_i ci 的计算公式为:
c i = f ( w ⋅ x i : i + h − 1 + b ) c_i=f(w·x_{i:i+h-1}+b) ci=f(wxi:i+h1+b)
其中 w w w 是filter, b b b 是bias, f f f 是一个非线性函数。

This filteris applied to each possible window of words in thesentence { x 1 : h , x 2 : h + 1 , . . . , x n − h + 1 : n } \{x_{1:h},x_{2:h+1}, . . . ,x_{n−h+1:n}\} {x1:h,x2:h+1,...,xnh+1:n} to produceafeature map.
c = [ c 1 , c 2 , . . . , c n − h + 1 ] c=[c_1,c_2,...,c_{n-h+1}] c=[c1,c2,...,cnh+1]
然后经过max pooling操作,concate每个最大值,之后再经过一个全连接层和softmax,全连接层是为了改变维度变换,softmax实现二分类。


Regularization

在全连接层使用dropout,并对权重向量使用L2范数约束。dropout就是将max pooling后的结果随机mask一部分值。

假设我们有 m m m个filters,令 z = [ c 1 , . . . , c m ] z=[c_1,...,c_m] z=[c1,...,cm] y y y为forward propagation的输出结果:
y = w ⋅ z + b y=w·z+b y=wz+b
使用dropout:
y = w ⋅ ( z ◦ r ) + b y=w·(z◦r)+b y=w(zr)+b
其中 r r r 为masking向量。Gradients are backpropagated only through the unmasked units.

L2范数的作用是:L2会让 w w w的每个元素都很小,接近于0,但是不会等于0。而越小的参数模型越简单,越不容易产生过拟合,能防止模型overfit到某个feature上。


Model Variations

  • CNN-rand: 所有单词的词向量都是随机初始化的,然后在训练过程中进行训练。
  • CNN-static: 使用word2vec预先训练好的词向量模型。所有的词 (包括随机初始化的未出现的词 ) 保持静态,即使用静态词向量。只有模型的其他参数被训练。
  • CNN-non-static: 与上面相同,但是预训练的词向量针对每个不同任务进行微调(fine-tune)(也就是训练)。
  • CNN-multichannel: 两套词向量构造出的句子矩阵作为两个通道,在误差反向传播时,只更新一组词向量,保持另外一组不变。

Resultes


Others

why multichannel

We had initially hoped that the multichannel architecture would **prevent overfitting **( by ensuring that the learned vectors do not deviate too far from the original values ) and thus work better than the single channel model, especially on smaller datasets.

sampling

对于一些不在预训练词向量中的词,论文中给出了一种sampling的方法:

这里将这些初始化的词向量每一维度的数值在服从 U [ − a , a ] U[-a,a] U[a,a] 均匀分布中sampling,让其方差和预训练词向量的方差一致,实验效果得到一定的提升。

均匀分布的期望方差计算公式:

X X X 服从 U [ a , b ] U[a,b] U[a,b] 分布,则 E ( X ) = a + b 2 E(X)=\frac{a+b}{2} E(X)=2a+b D ( X ) = ( b − a ) 2 12 D(X)=\frac{(b-a)^2}{12} D(X)=12(ba)2

textCNN一般的结构图

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