基于HMM和CRF的命名实体识别

前段时间，上了机器学习课程，然后老师布置了个大作业，使用具体的模型应用到具体的任务

我写了一个基于HMM和CRF的命名实体识别代码。在此总结一下。

数据集

数据集是从网上获取的一个简历数据集，存储在/data目录中，分为三个文件，分别是train.char.bmes、test.char.bmes、dev.char.bmes文件。三个文件统一用BIOES标注方法标注。如下图所示，每一行为一个中文字符及其对应的标记标注，中文字符和标记用空格隔开。句子与句子之间用换行符分割。

train.char.bmes有将近10万个中文字符，test.char.bmes、dev.char.bmes分别有大约1.5万个中文字符。数据集中的实体类别包括NAME(名字)、CONT(国籍)、EDU(学历)、TITLE(头衔)、ORG(组织)、RACE(民族)、PRO(专业)、LOC(籍贯)。

命名实体识别的任务是同时准确识别命名实体的边界和类别

HMM

隐马尔可夫模型是关于时序的概率模型，描述由一个隐藏的马尔可夫链随机生成不可观测的状态随机序列，再由各个状态生成一个观测而产生观测随机序列的过程。隐马尔可夫随机生成的状态的序列，称为状态序列；每个状态生成一个观测，而由此产生的观测的随机序列，称为观测序列。

特别注意：隐马尔可夫模型是生成模型，先生成状态序列，然后由状态序列生成观测序列。即是先P(Z),再P(O|Z)，所以拟合的是P(O,Z),也就是联合概率分布。

具体的代码流程

• 极大似然估计，估计出隐马尔可夫模型的三个参数初始概率矩阵、发射概率矩阵、状态转移概率矩阵

• 维特比算法，维特比算法对输入的观测序列进行解码，得到状态序列（也就是我们要的标签序列）

• 结果评估， 调用seqeval库。

  classification_report(real, predict, digits=6)
  #classification_report有三个参数
  #第一个参数，是真实的序列标签（必须二维序列，即多个句子）
  #第二个参数，是预测出的序列标签（必须二维序列，即多个句子）
  #第三个参数，是输出的小数点位数

如果没学习过隐马尔可夫模型，建议认真阅读李航老师的统计学习方法

CRF

CRF的原理，参考李航老师的统计学习方法

具体代码流程（使用的是sklearn_crfsuite中的CRF库）

• 定义基本的模型

  self.model = CRF(algorithm=algorithm,
  				c1=c1,
  				c2=c2,
  				max_iterations=max_iterations,
  				all_possible_transitions=all_possible_transitions)
  #algorithm是选择的梯度下降算法,可以选择lbfgs

• 提取特征、进行训练

  def word2features(sent, i):
      """抽取单个字的特征"""
      word = sent[i]
      prev_word = '<s>' if i == 0 else sent[i-1]
      next_word = '</s>' if i == (len(sent)-1) else sent[i+1]
      # 使用的特征：
      # 前一个词，当前词，后一个词，
      # 前一个词+当前词， 当前词+后一个词
      features = {
          'w': word,
          'w-1': prev_word,
          'w+1': next_word,
          'w-1:w': prev_word+word,
          'w:w+1': word+next_word,
          'bias': 1
      }
      return features
  
  
  def sent2features(sent):
      """抽取序列特征"""
      return [word2features(sent, i) for i in range(len(sent))]

• 结果评估，同样调用的是seqeval库

结果截图

运行方式，直接运行main.py, 可能需要装一些库

代码地址 https://github.com/zyxdSTU/NER-CRF-HMM

参考

https://github.com/chakki-works/seqeval

https://github.com/tostq/Easy_HMM