Bidirectional Long Short-Term Memory Networks for Relation Classification(PACLIC 2015)论文阅读笔记

本文介绍了一种使用双向长短时记忆网络(BLSTM)进行关系分类的方法,通过结合多种特征如词嵌入、位置、词性、命名实体等,解决了RNN的梯度消失问题。实验表明,仅使用词嵌入的BLSTM模型就能达到SOTA,而添加更多特征则能进一步提升性能。

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一、背景

SVM(2010),MV-RNN(2012),CNN(2014),FCM(2014),CR-CNN(2015),DepNN(2015)。

理论上,RNN可以任意长度的序列进行建模。但由于梯度消失/梯度爆炸问题。实际上无法实现。LSTM引入门控机制,改进了RNN,从而获得了对长序列建模的能力。

本文提出了双向长短时记忆网络(BLSTM)来对包含所有单词完整、顺序信息的句子进行建模。同时,还使用从词汇资源(如WordNet)或NLP系统(如依赖解析器和命名实体识别器(NER)中获取的特征。在SemEval-2010上的实验结果表明,仅将单词嵌入作为输入特征的基于BLSTM的方法就可以达到最先进的性能,引入更多的特征可以进一步提高性能。

在这里插入图片描述
F:Forward
B:Backward
h:hidden
c:cell

二、模型

1.Initial Feature Extraction(初始特征提取)

word features
position features
POS features
NER features
hypernyms(WNSYN) features
DEP features
Relative DEP features

在这里插入图片描述

### 如何复现 Attention-Based Bidirectional LSTM Networks for Relation Classification #### 准备工作 为了成功复现基于注意力机制的双向长短期记忆网络(Att-BLSTM)用于关系分类的任务,需准备必要的环境和数据集。确保安装了Python以及常用的机器学习库如TensorFlow或PyTorch等框架。 #### 数据预处理 首先加载并清理训练所需的数据集。这通常涉及去除无关字符、分词、转换大小写等工作。对于每个样本中的词语,利用预先训练好的词向量模型将其转化为固定长度的向量表示形式[^3]。 ```python import numpy as np from tensorflow.keras.preprocessing.text import Tokenizer from tensorflow.keras.preprocessing.sequence import pad_sequences def preprocess_data(texts, labels=None): tokenizer = Tokenizer(num_words=MAX_NB_WORDS) tokenizer.fit_on_texts(texts) sequences = tokenizer.texts_to_sequences(texts) word_index = tokenizer.word_index data = pad_sequences(sequences, maxlen=MAX_SEQUENCE_LENGTH) if labels is not None: label_encoder = LabelEncoder() encoded_labels = label_encoder.fit_transform(labels) return data, encoded_labels, word_index else: return data, word_index ``` #### 构建模型架构 构建包含五个主要组件的神经网络结构:输入层、嵌入层、双向LSTM层、注意层层及输出层。这里采用Keras API来定义这一复杂的深度学习模型[^4]。 ```python from tensorflow.keras.models import Model from tensorflow.keras.layers import Input, Embedding, Bidirectional, LSTM, Dense, Dropout, concatenate, Attention embedding_layer = Embedding(input_dim=vocab_size, output_dim=EMBEDDING_DIM, weights=[embedding_matrix], input_length=max_len, trainable=False) sequence_input = Input(shape=(max_len,), dtype='int32') embedded_sequences = embedding_layer(sequence_input) l_lstm = Bidirectional(LSTM(units=LSTM_UNITS, return_sequences=True))(embedded_sequences) attention_output = Attention()([l_lstm, l_lstm]) dense_1 = Dense(DENSE_UNITS, activation="relu")(attention_output) dropout_1 = Dropout(rate=DROPOUT_RATE)(dense_1) output = Dense(len(label_names), activation='softmax')(dropout_1) model = Model(inputs=sequence_input, outputs=output) model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam', metrics=['accuracy']) ``` #### 模型训练与评估 完成上述准备工作之后就可以开始训练过程,在此期间可以设置早停策略防止过拟合现象发生;同时保存最佳性能参数以便后续测试阶段调用。最后通过验证集上的表现衡量整个系统的有效性[^2]。 ```python history = model.fit(x_train, y_train, batch_size=BATCH_SIZE, epochs=EPOCHS, validation_split=0.1, callbacks=[ EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=PATIENCE), ModelCheckpoint(filepath=model_path, save_best_only=True)] ) ```
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