【论文分享】小样本文本分类方法 EGNN-Proto：Few-Shot Text Classification with Edge-Labeling Graph Network-Based Proto

• 题目：Few-Shot Text Classification with Edge-Labeling Graph Neural Network-Based Prototypical Network
• 链接：https://aclanthology.org/2020.coling-main.485.pdf
• 源码：-
• 时间：2020.12
• 会议：COLING （CCF-B）
• 机构：北京大学
• 摘要：提出了一个小样本文本分类模型：EGNN-Proto。利用预训练语言模型BERT学习文本嵌入，并通过edge-labeling graph neural network改进了prototypical network，以更好地刻画和利用文本之间的关系，从而在小样本的文本分类任务中获得更好的性能。
• 其他：这篇文章去掉参考文献，一共就4页，方法也比较简单，但是确实一篇B诶，留下羡慕的眼泪~
  

介绍

动机：

• 第一：现存的小样本文本分类方法都采用GloVe词嵌入结合CNN或RNN结构进行文本嵌入，而不是近年来提出的更高级的预训练语言模型，如ELMo 、GPT 和BERT。
• 第二：这些方法更多地关注文本本身的语义特征，而忽略了文本之间的潜在关系

贡献：

• 提出一个小样本文本分类模型 Edge-Labeling Graph Neural Network-Based Prototypical Network (EGNN-Proto)。据我们所知，我们的模型是第一个将图神经网络与 prototypical network 相结合的模型，也是第一个利用 edge-labeling graph neural network 来解决文本分类问题的模型。
• 该方法在两个小样本文本分类数据集ARSC和 FewRel上的性能优于目前最先进的模型。

方法

小样本文本分类

• 采用元学习的策略，这里是小样本的基础知识，不做过多赘述，可以参考：【小样本基础】N-way K-shot 模式和训练策略
• 目标是对训练集进行元学习，然后提取可转移的知识，使在支持集S上进行更好的小样本学习，并尽可能准确地对查询集Q中的样本进行分类。

方法概述

该模型分为三个部分：

• 1️⃣text embedding：从文本中提取语义特征，并将原始文本序列转换为文本嵌入
• 2️⃣edge-labeling graph neural network：对文本的类内相似度和类间不相似度进行建模，从而度量文本样本之间的潜在关系。
• 3️⃣prototypical network：用prototypical network 分类

1️⃣Text Embedding

• bert 由12 层 Transformer Encoder 组成，每一层encoder包含1个自注意力层和一个全连接层。
• 每一个输入token先被映射为一个已知的d维的嵌入，然后在每次遍历BERT编码器层时逐步转换。
• 从理论上讲，每个编码层的词嵌入输出都包含了整个文本的特征。
• 倒数第二层[CLS]位置上的输出作为整个文本t的文本嵌入，表示为$e=f_{emb}\left(t\mid {\theta }_{emb}\right)$，其中${\theta }_{emb}$表示文本嵌入中的参数，在训练时进行微调。

2️⃣Ege-labeling graph neural network

• edge-labeling graph neural network 是在这篇文章中 Edge-Labeling Graph Neural Network for Few-shot Learning被提出来的，被应用于小样本图片分类。
• 首先构造一个全连通图，其中每个节点代表每个样本，每个边代表连通节点之间的关系。
• 结点特征：由第一步得到的文本嵌入进行初始化
• 边特征：根据连接结点是否属于同一类初始化边缘特征，交替更新边缘特征直至收敛。

3️⃣Prototypical network

• 本篇文章没有直接通过边特征和节点特征计算查询节点的预测概率，而是引入了原型网络Prototypical network，从更一般的角度对样本进行分类。
• 原型网络计算出一个原型向量作为每个类的表示，该表示是类中support样本的平均向量表示。
• 比较所有原型向量与查询向量之间的距离，然后对查询样本进行分类。

Prototypical network

• 先把样本投影到一个空间，计算每个样本类别的中心，在分类的时候，通过对比目标到每个中心的距离，从而分析出目标的类别.

实验

数据集

Amazon Review Sentiment Classification (ARSC)

• ARSC数据集包含了亚马逊上23种产品的英文评论，我们在该数据集上创建了一个12-way 5-shot 的文本分类任务。

Few-shot Relation classification dataset (FewRel)

• FewRel 是一个大规模的监督数据集，包含来自维基百科的100个关系上的70000个实例。在我们的实验中，创建了 5-way 5-shot 和10-way 5-shot 的实验。

结果

ARSC和FewRel实验结果如上图所示。EGNN-Proto模型在ARSC数据集上的准确率为88.26%，比现有的最先进的感应网络模型提高了2.6%。在FewRel数据集上，EGNN-Proto算法的精度也有很大提高。

结论

本工作解决了小样本文本分类的问题。我们利用高级的预训练语言模型BERT来提取文本的语义特征。然后引入edgelabeling graph neural network，进一步模拟文本之间的潜在关系。最后，我们利用一个原型网络对查询文本进行分类。在实验中，我们的方法在ARSC和FewRel数据集上都取得了最先进的性能。在未来的工作中，我们可以考虑将我们的方法推广到其他小样本的NLP问题，甚至非NLP任务。