自然语言处理系列十四》中文分词》机器学习统计分词》感知器分词

注：此文章内容均节选自充电了么创始人，CEO兼CTO陈敬雷老师的新书《分布式机器学习实战》（人工智能科学与技术丛书）【陈敬雷编著】【清华大学出版社】

自然语言处理系列十四

中文分词

中文分词(Chinese Word Segmentation) 指的是将一个汉字序列切分成一个一个单独的词。分词就是将连续的字序列按照一定的规范重新组合成词序列的过程。我们知道，在英文的行文中，单词之间是以空格作为自然分界符的，而中文的词没有一个形式上的分界符，虽然英文也同样存在短语的划分问题，不过在词这一层上，中文比英文要复杂得多、困难得多。

感知器分词

在讲感知器分词之前，我们先了解下什么是感知器。感知器是人工神经网络中的一种典型结构，它的主要的特点是结构简单，对所能解决的问题 存在着收敛算法，并能从数学上严格证明，从而对神经网络研究起了重要的推动作用。
感知器，也可翻译为感知机，是Frank Rosenblatt在1957年就职于Cornell航空实验室(Cornell Aeronautical Laboratory)时所发明的一种人工神经网络。它可以被视为一种最简单形式的前馈式人工神经网络，是一种二元线性分类器。
Frank Rosenblatt给出了相应的感知器学习算法，常用的有感知机学习、最小二乘法和梯度下降法。譬如，感知机利用梯度下降法对损失函数进行极小化，求出可将训练数据进行线性划分的分离超平面，从而求得感知器模型。
感知器是生物神经细胞的简单抽象，如右图.神经细胞结构大致可分为：树突、突触、细胞体及轴突。单个神经细胞可被视为一种只有两种状态的机器——激动时为‘是’，而未激动时为‘否’。

神经细胞的状态取决于从其它的神经细胞收到的输入信号量，及突触的强度（抑制或加强）。当信号量总和超过了某个阈值时，细胞体就会激动，产生电脉冲。电脉冲沿着轴突并通过突触传递到其它神经元。为了模拟神经细胞行为，与之对应的感知机基础概念被提出，如权量（突触）、偏置（阈值）及激活函数（细胞体）。
在人工神经网络领域中，感知器也被指为单层的人工神经网络，以区别于较复杂的多层感知器（Multilayer Perceptron）。 作为一种线性分类器，（单层）感知器可说是最简单的前向人工神经网络形式。尽管结构简单，感知器能够学习并解决相当复杂的问题。感知器主要的本质缺陷是它不能处理线性不可分问题。
下面我们看下感知器分词在HanLP开源工具里的实现。感知器模型，可以视为一个逻辑回归模型，一个分词任务相当于一个序列标注问题。因此分词任务可以视为机器学习问题中的——结构化预测问题。
要进行机器学习，首先要对数据集进行特征提取。在分词问题上，通常通过一个特征模板来提取特征的。一般地，常用一个指示器函数（0/1标示函数）来进行特征提取。特征提取准备好数据后，开始训练模型。感知器使用迭代的方式训练，学过逻辑回归的同学们可能非常熟悉，每一次迭代，都更新模型的参数，以保证代价函数最小。在自然语言处理中，往往将每一次迭代过后的参数都保存起来，即训练过程中的模型，从而最终结果用投票或平均得出。HanLP实现代码如下所示：

from pyhanlp import *

CWSTrainer = JClass('com.hankcs.hanlp.model.perceptron.CWSTrainer')    #实例化一个感知器算法
corpus_path = r'E:\Anaconda3\Lib\site-packages\pyhanlp\static\data\test\icwb2-data\training\msr_training.utf8'    #数据集所在路径。可用txt文件
msr_model_path = r'D:\桌面\比赛\模型\model'    #数据集所在路径。可用txt文件
"""未进行压缩处理的模型"""
model = CWSTrainer().train(corpus_path, corpus_path, msr_model_path, 0., 10, 8).getModel()  # 训练模型,其中0表示不进行压缩
model.save(msr_model_path, model.featureMap.entrySet(), 0, True)  # 最后一个参数指定导出txt

segment = PerceptronLexicalAnalyzer(model)    #实例一个感知器分词器
segment.enableCustomDictionary(False)    #不集成用户自定义词典

通过 segment.seg（）接口，即可实现句子的分词。
集成用户词典的代码如下所示：

segment = PerceptronLexicalAnalyzer(model)    #实例一个感知器模型分词器
segment.enableCustomDictionary(True)    #集成用户自定义词典，为True代表启用
CustomDictionary.insert("xx","nrf 1")

由于指示器生成的特征大多为 0，也即特征向量是一个稀疏向量，数据集是一个稀疏矩阵。因此可以压缩处理，在保存特征时，可以只保留那些值为1的特征的索引（位置），此时就可以大大减少存储容量。
由于模型学习到的特征其实是非常稀疏的，因此模型的相当一大部分参数都很小，换句话说，其对结果的影响力比较小。因此可以将这些冗余的参数删除，从而压缩特征。压缩代码如下：

model.compress(0.9, 0)    #将特征个数压缩为原来的0.9倍。
segment = PerceptronLexicalAnalyzer(model)    #实例一个分词器

模型训练完后就可以拿来用了，用segment.seg()方法就可以分词了， 那么可否将训练好的模型回炉重造，重新学习呢？答案是肯定的，用segment.learn()方法可以重新学习：

segment = PerceptronLexicalAnalyzer(model)    #实例一个分词器
segment.enableCustomDictionary(False)    #不集成用户自定义词典
for i in range(3):
    segment.learn("人 与 川普 通电话")   #在线调整模型（重新训练三次！！！）
print(segment.seg("银川普通人与川普通电话讲四川普通话")   

输出结果如下：

[银川, 普通人, 与, 川普, 通电话, 讲, 四川, 普通话]

上面给大家讲到了感知器分词以及在HanLP中的实现，自然语言处理系列十五看另外一种统计分词方式CRF分词。

总结

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