Hierarchical Attention Network for Document Classification原理概述

最近看了”Hierarchical Attention Network for Document Classification”一篇文章，也在网上找了一些资料结合理解，发现在此之前有篇文章跟他提出的模型架构基本相似，只不过不包含attention机制：“Document Modeling with Gated Recurrent Neural Network for Sentiment Classification”，也就是说本篇论文是基于这篇论文作了一些改进的。所以这里主要结合两篇论文进行介绍文档的分层架构模型。

Non-Attention

第一篇文章主要是使用两个神经网络分别建模句子和文档，采用一种自下向上的基于向量的文本表示模型。首先使用CNN/LSTM来建模句子表示，接下来使用双向GRU模型对句子表示进行编码得到文档表示，这里论文中提到在情感分类任务中，GRU往往比RNN效果要好。模型架构如下图所示：

在上图中，词向量是从语料库中使用Word2vec模型训练出来的，保存在词嵌入矩阵中。然后使用CNN/LSTM模型学习句子表示，这里会将变长的句子表示成相同维度的向量，以消除句子长度不同所带来的不便。也就是说之后的GRU模型的输入是长度相同的句子向量。

卷积模型如下图所示，filter的宽度分别取1，2，3来编码unigrams，bigrams和trigrams的语义信息。最后使用一个Average层捕获全局信息并转化为固定长度的输出向量。

接下来进行文本层面建模，使用GRU模型，输入是变长的句子向量，输出固定长度的文本向量，这里会对最后每个单元的输出向量进行取平均操作，虽然会忽略句子顺序的信息，但是相对来说较为简单方便，如下图所示，其中GNN代表GRU的一个基础计算单元：

With-Attention HAN模型

接下来我们介绍一下本篇文章的模型架构，其实主要的思想和上面的差不多，也是分层构建只不过加上了两个Attention层，用于分别对句子和文档中的单词、句子的重要性进行建模。其主要思想是，首先考虑文档的分层结构：单词构成句子，句子构成文档，所以建模时也分这两部分进行。其次，不同的单词和句子具有不同的信息量，不能单纯的统一对待所以引入Attention机制。而且引入Attention机制除了提高模型的精确度之外还可以进行单词、句子重要性的分析和可视化，让我们对文本分类的内部有一定了解。模型主要可以分为下面四个部分，如下图所示：

a word sequence encoder,

a word-level attention layer,

a sentence encoder

a sentence-level attention layer.

、

这里对Attention机制进行一个补充介绍，可以参考论文“FEED-FORWARD NETWORKS WITH ATTENTION CAN SOLVE SOME LONG -TERM MEMORY PROBLEMS”里面的插图：

这里的word sequence encoder也是使用的双向GRU模型，与上篇文章不同。无聊的堆砌一下公式，四个部分分别对应下面四个：

Word Encoder：

Word Attention：

Sentence Encoder：

Sentence Attention：

这里不进行过多的解释，主要针对Attention部分说一下，结合上图，我们会发现ui是使用一个简单的神经网络对hi的隐层表示，然后α是其softmax之后的结果，然后使用α对hi进行加权计算得到最终的输出向量即可。总结如下图：

最后是一个文本分类层，其实就是一个简单的softmax，然后目标函数使用负对数似然函数。

原文参考：http://blog.csdn.net/liuchonge/article/details/73610734