【NLP】TextCNN: Convolutional Neural Networks for Sentence Classification

TextCNN 是一种卷积神经网络，用于文本分类和其他自然语言处理任务。它的核心思想是通过卷积操作捕捉文本中的局部特征，并将这些特征组合成全局的表示。下面是 TextCNN 的详细原理。

Embedding Layer：首先，文本需要被表示成计算机可以理解的形式。通常，我们使用词嵌入 (word embedding) 来将每个单词映射到一个实数向量。这个映射可以是一个预先训练好的词嵌入矩阵，也可以是模型的参数之一。

上图中，"I like this movie very much!" 一句话中的每个单词和标点符号都被表示为一个长度为5的一维向量，然后拼接在一起形成这句话的 feature map。

在 TextCNN 中，Embedding 层通常使用预先训练好的词嵌入 (word embedding) 进行初始化。词嵌入是一种将每个单词映射到一个实数向量的技术，它可以将自然语言转化为计算机可以处理的形式。

预训练的词嵌入通常是使用大型语料库和词向量训练算法（例如 Word2Vec、GloVe 等）在无监督的情况下生成的。这些算法使用文本上下文的信息来学习每个单词的嵌入向量，使得相似的单词在向量空间中距离更近。

在使用预训练词嵌入时，我们需要将每个单词映射到它对应的嵌入向量。通常，我们可以使用一个词嵌入矩阵来存储所有单词的嵌入向量。对于输入文本中的每个单词，我们可以查找对应的嵌入向量，并将其作为卷积层的输入。

此外，我们也可以在 TextCNN 中使用自适应学习的嵌入层，这样模型可以自己学习每个单词的嵌入向量。自适应嵌入层通常使用一个较小的词汇表，将每个单词映射到一个初始的随机向量，并在训练过程中更新每个单词的嵌入向量。这种方法通常需要更多的计算资源和更多的训练时间，但可以适应特定的任务和数据集。

Convolution Layer：接下来，我们将使用卷积层来捕捉文本中的局部特征。卷积层类似于图像处理中的卷积操作，但是它将卷积核应用于文本中的每个可能的子序列。因此，卷积层可以捕获文本中的 n-gram 特征。

n-gram 是自然语言处理中常用的一种文本表示方法。它指的是将文本中的连续 n 个单词（或字符）作为一个单元进行处理。通过 n-gram，我们可以将文本转化为一个由单元序列组成的向量空间表示。这种表示方法通常用于文本分类、信息检索和语言模型等任务中。在文本分类任务中，我们可以使用 n-gram 表示文本的局部特征，并将这些特征输入到分类器中进行分类。在语言模型中，n-gram 可以用来计算单词序列的概率，并预测下一个单词的可能性。需要注意的是，n-gram 中的 n 可以是任意正整数。通常，当 n 较小时，n-gram 可以捕捉到单词之间的局部关系，而当 n 较大时，n-gram 可以捕捉到更长的文本结构。但是，当 n 太大时，将会导致维度爆炸和数据稀疏问题，影响模型的效果。

具体来说，假设我们使用一个卷积核大小为 k * d 的卷积核，它可以将一个 k 个单词的窗口映射到一个实数值。通过滑动这个窗口，我们可以将这个卷积核应用于文本中的每个可能的子序列，得到一个新的特征向量。我们可以使用多个不同大小的卷积核来捕获不同长度的 n-gram 特征。

上图中不同的颜色代表不同的卷积核，用于提取不同的特征。

MaxPooling Layer：在卷积层之后，我们使用池化层来减小特征向量的维度。常见的池化操作是最大池化 (max pooling)，它返回每个特征向量中的最大值。这样做可以将每个卷积核提取的局部特征压缩成一个固定长度的向量。

Fully Connected Layer：最后，我们将池化后的特征向量拼接起来，并通过一个或多个全连接层来生成最终的分类结果。全连接层的作用是将不同的特征向量组合成更高层次的表示，并将它们映射到输出类别。

总的来说，TextCNN 通过卷积和池化操作捕捉文本中的局部特征，并通过全连接层将这些特征组合成全局的表示。它是一种简单而有效的模型，常用于文本分类和情感分析等自然语言处理任务。

这是 TextCNN 原论文中的图片，试着再理解一遍吧。