【实体识别】深入浅出讲解命名实体识别（介绍、常用算法）

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命名实体识别的背景

命名实体识别（Named Entity Recognition, 简称NER）（也称为实体识别、实体分块和实体提取）是信息提取的一个子任务，旨在将文本中的命名实体定位并分类为预先定义的类别，如人员、组织、位置、时间表达式、数量、货币值、百分比等。命名实体识别是自然语言处理中的热点研究方向之一， 目的是识别文本中的命名实体并将其归纳到相应的实体类型中。

命名实体识别是NLP中一项非常基础的任务，是信息提取、问答系统、句法分析、机器翻译等众多NLP任务的重要基础工具。

从自然语言处理的流程来看，NER可以看作词法分析中未登录词识别的一种，是未登录词中数量最多、识别难度最大、对分词效果影响最大问题。同时NER也是关系抽取、事件抽取、知识图谱、机器翻译、问答系统等诸多NLP任务的基础。

 命名实体识别的方法

从模型的层面，可以分为基于规则的方法、无监督学习方法、有监督学习方法，从输入的层面，可以分为基于字（character-level）的方法、基于词（work-level）的方法、两者结合的方法。

基于规则的方法：依赖人工制定的规则，规则的设计一般基于句法、语法、词汇的模式，以及特定领域的知识。当词典的大小有限时，基于规则的方法可以达到很好的效果。这种方法通常具有高精确率和低召回率的特点。但是这种方法无法难以迁移到别的领域，对于新的领域需要重新制定规则。

无监督学习方法：利用语义相似性进行聚类，从聚类得到的组当中抽取命名实体，通过统计数据推断实体类别。

基于特征的监督学习方法：可以表示为多分类任务或者序列标注任务，从数据中学习。

图1 NER识别算法发展历程

下面介绍几种常见的命名实体识别算法：

BiLSTM-CRF算法

 图2 BiLSTM-CRF结构图

论文名称：Neural Architectures for Named Entity Recognition

论文链接：https://arxiv.org/pdf/1603.01360.pdf

应用于NER中的BiLSTM-CRF模型主要由Embedding层（主要有词向量，字向量以及一些额外特征），双向LSTM层，以及最后的CRF层构成。实验结果表明BiLSTM-CRF已经达到或者超过了基于丰富特征的CRF模型，成为目前基于深度学习的NER方法中的最主流模型。在特征方面，该模型继承了深度学习方法的优势，无需特征工程，使用词向量以及字符向量就可以达到很好的效果，如果有高质量的词典特征，能够进一步获得提高。

如果读者想要更进一步了解BiLSTM-CRF算法，可以转到之前笔者写的《深入浅出讲解BiLSTM-CRF》文章进一步阅读。

IDCNN-CRF算法

论文名称：Fast and Accurate Entity Recognition with Iterated Dilated Convolutions

论文链接：https://arxiv.org/abs/1702.02098

论文提出在NER任务中，引入膨胀卷积，一方面可以引入CNN并行计算的优势，提高训练和预测时的速度；另一方面，可以减轻CNN在长序列输入上特征提取能力弱的劣势。具体使用时，dilated width会随着层数的增加而指数增加。这样随着层数的增加，参数数量是线性增加的，而感受野却是指数增加的，这样就可以很快覆盖到全部的输入数据。IDCNN对输入句子的每一个字生成一个logits，这里就和BiLSTM模型输出logits之后完全一样，再放入CRF Layer解码出标注结果。

Bert算法

图3 Bert算法的结构图 

Bert（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）算法，顾名思义，是基于Transformer算法的双向编码表征算法，Transformer算法基于多头注意力（Multi-Head attention）机制，而Bert又堆叠了多个Transfromer模型，并通过调节所有层中的双向Transformer来预先训练双向深度表示，而且，预训练的Bert模型可以通过一个额外的输出层来进行微调，适用性更广，而不需要做更多重复性的模型训练工作。

Bert算法的论文：https://arxiv.org/abs/1810.04805

Bert算法的开源代码：https://github.com/google-research/bert

读者如果想进一步了解Bert算法，可以前往笔者之前写的《深入浅出讲解Bert算法》进一步阅读。

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