【关系抽取】TPLinker：单阶段联合抽取，并解决暴漏偏差

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文章目录

信息抽取的两种工作模式

TPLinker

Token Pair的表示

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信息抽取的两种工作模式

Pipeline(流水线)形式

把关系抽取拆分为多个子任务。每个子任务都依赖前面的任务结果作为输入，该种工作形式存在着曝光偏差和误差传播的问题。

Joint(联合)模式

不同任务间共享编码层，通过编码层参数共享来实现实体抽取和关系抽取的信息交互。

不同任务间没有相互输入依赖。One-Stage形式。

error accumulation 误差传播 前序任务的误差(如: 识别遗漏)的错误结果，会传递给后续任务而导致的误差。由于前后任务间结果传递的依赖性，所以错误传播是不可逆的。

exposure bias 曝光偏差 后序任务模型训练时，使用真实标签作为模型的输入。而后序任务在推理时则是重新开始推理。和前序任务缺少直接的关联性。

联合抽取主要分为2种范式：

• 多任务学习：即实体和关系任务共享同一个编码器，但通常会依赖先后的抽取顺序：关系判别通常需要依赖实体抽取结果。这种方式会存在暴漏偏差，会导致误差积累。
• 结构化预测：即统一为全局优化问题进行联合解码，只需要一个阶段解码，解决暴漏偏差。

暴漏偏差：指在训练阶段是gold实体输入进行关系预测，而在推断阶段是上一步的预测实体输入进行关系判断；导致训练和推断存在不一致。

 TPLinker要解决什么问题？

 基于结构化预测的联合抽取方法，最早出现在17年论文《Joint extraction of entities and relations based on a novel tagging scheme》中，这篇论文用一个统一的序列标注框架抽取实体关系，如上图所示：直接以关系标签进行BIOES标注，subject实体序号为1，object实体序号为2。

 

Single Entity Overlap (SEO) 单实体重叠

Entity Pair Overlap (EPO) 实体对重叠

Subject Object Overlap (SOO) 主体、目标重叠

也就是说：结构化预测不能在解决暴漏偏差的同时，却不能cover关系重叠问题。因此，TPLinker要同时能够解决这两个问题。

TPLinker

TPLinker 是中科大2020年的一篇论文。提出了一种实体和重叠关系联合提取的单阶段(one stage)解决方案。

其思想是把联合抽取任务转化成一个Token对链接 (Token Pair Linking) 问题。

具体实现就是：把每种spo关系标注转换成为3个token链接矩阵，然后第1个矩阵用于抽取subject和object，另外两个矩阵分别对应着subject头部与object头部，subject尾部与object尾部，这两对组合在当前关系下是否成立。最后利用handshaking tagging scheme来做一个实体关系之间的对齐，从而解码出三元组。

左图是一个Token链接矩阵，其中每种颜色对应一种特定的token。

给定一个句子的链接矩阵用来表示特定的关系r，其中使用行列位置p_1,p_2来进行标记：

• p_1和p_2标记实体的起始和结束位置
• p_1和p_2标记属于关系r的两个实体的起始位置
• p_1和p_2标记属于关系r的两个实体的结束位置

问题：

在关系非常多的情况下，每个关系都会映射一个Token链接矩阵。矩阵非常多，同时也非常稀疏。

由于实体的尾部不可能出现在头部之前，所以矩阵的下三角区域全部都是0值，本身对内存的浪费也非常大。

关键是在原始语料中，object实体的出现位置很有可能出现在subject之前，所以直接放弃下三角区域也是不合理的。

为此，设计者提出的解决的方案是把下三角区域中的所有标记1映射到上三角区域的标记2中，然后再删除下三角区域。

这样虽然解决了合理性问题，但矩阵的内存的浪费问题并没有得到彻底的解决。

右图是一张handshaking tagging scheme矩阵，阴影部分标记的就是object和subject位置倒置的问题和解决方案。

为了张量计算的方便。在实际操作中，上三角区域被展平成了一个序列。序列中的每个元素映射原矩阵中的位置关系。

序列的这种映射方式类似于token之间的 handshaking，设计者称这种序列为 handshaking tagging scheme。

这种标记方案可以解决实体重叠(SEO)和实体嵌套问题，但是却不能解决实体对重叠(EPO)问题，因为在一个矩阵中，不能标记不同关系的同一个实体对。

解决方案就是——为每个关系独立标记，创建多个 handshaking tagging 序列来分别标记实体对的首尾。

• EH(Entity Head) to ET(Entity Tail)矩阵

  用来标记Subject实体和Object实体的起始和结束位置

• SH(Subject Head) to OH(Object Head)矩阵

  用来标记某种特定关系情况下的Subject和Object实体的起始位置

• ST(Subject Tail) to OT(Object Tail)矩阵

  用来标记某种特定关系情况下的Subject和Object实体的结束位置

这里的 EH to ET序列是所有关系对序列共享的，因为它只关注的实体的提取。

Token Pair的表示

通过把给定长度为n的句子[w_1,\cdots,w_n]，先抽取出每个token的w_i映射成一个低维的向量h_i，把它作为编码器。

之后再为每个 token pair (w_i,w_j) 生成一个对应的 h_{i,j} 表示 

其中W_h是参数矩阵，b_h 是偏置。该公式表示的就是上图中的 Handshaking Kernel 。

TPLinker 代码实现：TPLinker-joint-extraction