语义依存分析

2021-11-15

定义(ltp)

语义依存分析 (Semantic Dependency Parsing, SDP)，分析句子各个语言单位之间的语义关联，并将语义关联以依存结构呈现。
使用语义依存刻画句子语义，好处在于不需要去抽象词汇本身，而是通过词汇所承受的语义框架来描述该词汇，而论元的数目相对词汇来说数量总是少了很多的。
语义依存分析目标是跨越句子表层句法结构的束缚，直接获取深层的语义信息。
例如以下三个句子，用不同的表达方式表达了同一个语义信息，即张三实施了一个吃的动作，吃的动作是对苹果实施的。

语义依存分析不受句法结构的影响，将具有直接语义关联的语言单元直接连接依存弧并标记上相应的语义关系。这也是语义依存分析与句法依存分析的重要区别。

如上例对比了句法依存和语义分析的结果，可以看到两者存在两个显著差别。
第一，句法依存某种程度上更重视非实词（如介词）在句子结构分析中的作用，而语义依存更倾向在具有直接语义关联的实词之间建立直接依存弧，非实词作为辅助标记存在。
第二，两者依存弧上标记的语义关系完全不同，语义依存关系是由论元关系引申归纳而来，可以用于回答问题，如我在哪里喝汤，我在用什么喝汤，谁在喝汤，我在喝什么。但是句法依存却没有这个能力。
第三，句法依存为树结构，语义依存为图结构，即是说当前词的依存弧可以有多个。

语义依存与语义角色标注之间也存在关联，语义角色标注只关注句子主要谓词的论元及谓词与论元之间的关系，而语义依存不仅关注谓词与论元的关系，还关注谓词与谓词之间、论元与论元之间、论元内部的语义关系。语义依存对句子语义信息的刻画更加完整全面。

实现

https://github.com/geasyheart/semantic-dependency-parser

欢迎Star!

1. 数据集

目前貌似公开的只有SEMEVAL2016数据集，地址在：HIT-SCIR/SemEval-2016，代码仓库中的数据集是将text和news两类合并而来。

额外插一句，对于一个算法项目来讲，不仅仅是算法部分，还要有数据，即使不能公开，也可以造一些例子，能够跑通算法，HanLP在这方面真的是无敌存在！

2. 模型结构

这里使用到的模型结构：

semantic_dependency_parser.py [line:34] INFO SemanticDependencyModel(
  (encoder): TransformerEmbedding(hfl/chinese-electra-180g-small-discriminator, n_layers=4, n_out=256, stride=256, pooling=mean, pad_index=0, dropout=0.33, requires_grad=True)
  (tag_embedding): Embedding(41, 64)
  (edge_mlp_d): MLP(n_in=320, n_out=600, dropout=0.33)
  (edge_mlp_h): MLP(n_in=320, n_out=600, dropout=0.33)
  (label_mlp_d): MLP(n_in=320, n_out=600, dropout=0.33)
  (label_mlp_h): MLP(n_in=320, n_out=600, dropout=0.33)
  (edge_attn): Biaffine(n_in=600, n_out=2, bias_x=True, bias_y=True)
  (label_attn): Biaffine(n_in=600, n_out=158, bias_x=True, bias_y=True)
  (criterion): CrossEntropyLoss()
)

HanLP使用的模型结构:

BiaffineDependencyModel(
    (encoder): EncoderWithContextualLayer()
    (biaffine_decoder): BiaffineDecoder(
    (mlp_arc_h): MLP(n_in=256, n_out=500, dropout=0.33)
    (mlp_arc_d): MLP(n_in=256, n_out=500, dropout=0.33)
    (mlp_rel_h): MLP(n_in=256, n_out=100, dropout=0.33)
    (mlp_rel_d): MLP(n_in=256, n_out=100, dropout=0.33)
    (arc_attn): Biaffine(n_in=500, n_out=1, bias_x=True)
    (rel_attn): Biaffine(n_in=100, n_out=136, bias_x=True, bias_y=True)
  )
)

和dependency parser结构相同，但是loss计算和解码部分不同。

区别点在于，举个例子:

# pred_arcs.shape
(32, 49, 49)
# true_arcs.shape
(32, 49)

因为dependency parser有一个限制，即当前词只可能依存其他一个词，那么argmax(-1)即是在49那里获取最大的，表示和这49个词中最大的作为依存关系，使用交叉熵。

而semantic dependency parser没有这个限制，当前词可能和多个词存在依存关系，那么他的pred_arcs和true_arcs的维度是一样的，都是(32, 49, 49)，所以使用BCELoss。

当然也可以用交叉熵，只需要将pred_arcs的维度转换成(32, 49, 49, 2)即可，也是我下面的做法。

3. loss计算和解码

在这里计算loss时，采用的是交叉熵，也就是说s_edge.size(-1) == 2，表示当前词和句子所有词之间是或者否，然后argmax(-1)进行解码。

在HanLP计算loss时，对于arc(即edge)的shape为(batch_size, seq_length, seq_length)，因为biaffine的输出维度为1,所以这里计算loss时使用BCELoss，表示当前词和句子所有词之间是否存在关系。

另外一个两者的区别点在于计算rel时，HanLP采取的方式是各自计算各自的loss（即arc和rel），然后loss相加。
这里计算rel loss时融合了arc的信息进来，好处就在于能够快速收敛和提升准确度吧。

各模块技术指标

https://www.ltp-cloud.com/intro#benchmark

ltp关系类型

关系类型	Tag	Description	Example
施事关系	Agt	Agent	我送她一束花 (我 <-- 送)
当事关系	Exp	Experiencer	我跑得快 (跑 --> 我)
感事关系	Aft	Affection	我思念家乡 (思念 --> 我)
领事关系	Poss	Possessor	他有一本好读 (他 <-- 有)
受事关系	Pat	Patient	他打了小明 (打 --> 小明)
客事关系	Cont	Content	他听到鞭炮声 (听 --> 鞭炮声)
成事关系	Prod	Product	他写了本小说 (写 --> 小说)
源事关系	Orig	Origin	我军缴获敌人四辆坦克 (缴获 --> 坦克)
涉事关系	Datv	Dative	他告诉我个秘密 ( 告诉 --> 我 )
比较角色	Comp	Comitative	他成绩比我好 (他 --> 我)
属事角色	Belg	Belongings	老赵有俩女儿 (老赵 <-- 有)
类事角色	Clas	Classification	他是中学生 (是 --> 中学生)
依据角色	Accd	According	本庭依法宣判 (依法 <-- 宣判)
缘故角色	Reas	Reason	他在愁女儿婚事 (愁 --> 婚事)
意图角色	Int	Intention	为了金牌他拼命努力 (金牌 <-- 努力)
结局角色	Cons	Consequence	他跑了满头大汗 (跑 --> 满头大汗)
方式角色	Mann	Manner	球慢慢滚进空门 (慢慢 <-- 滚)
工具角色	Tool	Tool	她用砂锅熬粥 (砂锅 <-- 熬粥)
材料角色	Malt	Material	她用小米熬粥 (小米 <-- 熬粥)
时间角色	Time	Time	唐朝有个李白 (唐朝 <-- 有)
空间角色	Loc	Location	这房子朝南 (朝 --> 南)
历程角色	Proc	Process	火车正在过长江大桥 (过 --> 大桥)
趋向角色	Dir	Direction	部队奔向南方 (奔 --> 南)
范围角色	Sco	Scope	产品应该比质量 (比 --> 质量)
数量角色	Quan	Quantity	一年有365天 (有 --> 天)
数量数组	Qp	Quantity-phrase	三本书 (三 --> 本)
频率角色	Freq	Frequency	他每天看书 (每天 <-- 看)
顺序角色	Seq	Sequence	他跑第一 (跑 --> 第一)
描写角色	Desc(Feat)	Description	他长得胖 (长 --> 胖)
宿主角色	Host	Host	住房面积 (住房 <-- 面积)
名字修饰角色	Nmod	Name-modifier	果戈里大街 (果戈里 <-- 大街)
时间修饰角色	Tmod	Time-modifier	星期一上午 (星期一 <-- 上午)
反角色	r + main role		打篮球的小姑娘 (打篮球 <-- 姑娘)
嵌套角色	d + main role		爷爷看见孙子在跑 (看见 --> 跑)
并列关系	eCoo	event Coordination	我喜欢唱歌和跳舞 (唱歌 --> 跳舞)
选择关系	eSelt	event Selection	您是喝茶还是喝咖啡 (茶 --> 咖啡)
等同关系	eEqu	event Equivalent	他们三个人一起走 (他们 --> 三个人)
先行关系	ePrec	event Precedent	首先，先
顺承关系	eSucc	event Successor	随后，然后
递进关系	eProg	event Progression	况且，并且
转折关系	eAdvt	event adversative	却，然而
原因关系	eCau	event Cause	因为，既然
结果关系	eResu	event Result	因此，以致
推论关系	eInf	event Inference	才，则
条件关系	eCond	event Condition	只要，除非
假设关系	eSupp	event Supposition	如果，要是
让步关系	eConc	event Concession	纵使，哪怕
手段关系	eMetd	event Method
目的关系	ePurp	event Purpose	为了，以便
割舍关系	eAban	event Abandonment	与其，也不
选取关系	ePref	event Preference	不如，宁愿
总括关系	eSum	event Summary	总而言之
分叙关系	eRect	event Recount	例如，比方说
连词标记	mConj	Recount Marker	和，或
的字标记	mAux	Auxiliary	的，地，得
介词标记	mPrep	Preposition	把，被
语气标记	mTone	Tone	吗，呢
时间标记	mTime	Time	才，曾经
范围标记	mRang	Range	都，到处
程度标记	mDegr	Degree	很，稍微
频率标记	mFreq	Frequency Marker	再，常常
趋向标记	mDir	Direction Marker	上去，下来
插入语标记	mPars	Parenthesis Marker	总的来说，众所周知
否定标记	mNeg	Negation Marker	不，没，未
情态标记	mMod	Modal Marker	幸亏，会，能
标点标记	mPunc	Punctuation Marker	，。！
重复标记	mPept	Repetition Marker	走啊走 (走 --> 走)
多数标记	mMaj	Majority Marker	们，等
实词虚化标记	mVain	Vain Marker
离合标记	mSepa	Seperation Marker	吃了个饭 (吃 --> 饭) 洗了个澡 (洗 --> 澡)
根节点	Root	Root	全句核心节点