Классификация текстов и анализ тональности

Классификация текстов (документов) (Document classification) — задача компьютерной лингвистики, заключающаяся в отнесении документа к одной из нескольких категорий на основании содержания документа.

Анализ тональности текста (Sentiment analysis) — задача компьютерной лингвистики, заключающаяся в определении эмоциональной окраски (тональности) текста и, в частности, в выявлении эмоциональной оценки авторов по отношению к объектам, описываемым в тексте.

Задачи классификации текстов

Классификация текстов применяется, в том числе, для:

• Разделения веб страниц и сайтов по тематическим каталогам;
• Борьбы со спамом;
• Определение языка текста;
• Показа более релевантной рекламы;

Задачи анализа тональности текста

Основной задачей анализа тональности текста является определение его эмоциональной окраски. Это необходимо, в том числе, для:

• Анализа отзывов о товарах и услугах;
• Определение языка вражды;

В общем случае, задача анализа тональности текста эквивалентна задаче классификации текста, где категориями текстов могут быть тональные оценки. Примеры тональных оценок:

• позитивная;
• негативная;
• нейтральная;

Под «нейтральной» подразумевается, что текст не содержит эмоциональной окраски.

Классификация текстов методами машинного обучения

Постановка задачи

Имеется множество категорий (классов, меток) [math]\mathfrak{C}=\{c_1,...,c_{\left|\mathfrak{C}\right|}\}[/math].

Имеется множество документов [math]\mathfrak{D}= \{ d_1, ... , d_{ \left| \mathfrak{D} \right| } \}[/math].

Неизвестная целевая функция [math]\Phi\colon \mathfrak{C} \times \mathfrak{D} \rightarrow \{ 0, 1 \}[/math].

Необходимо построить классификатор [math] \Phi^\prime [/math], максимально близкий к [math]\Phi[/math].

Имеется некоторая начальная коллекция размеченных документов [math]\mathfrak{R} \subset \mathfrak{C} \times \mathfrak{D}[/math], для которых известны значения [math]\Phi[/math]. Обычно её делят на «обучающую» и «проверочную» части. Первая используется для обучения классификатора, вторая — для независимой проверки качества его работы.

Классификатор может выдавать точный ответ [math]\Phi^\prime\colon \mathfrak{C} \times \mathfrak{D} \rightarrow \{ 0, 1 \}[/math] или степень подобия [math]\Phi^\prime\colon \mathfrak{C} \times \mathfrak{D} \rightarrow [ 0, 1 ][/math].

Этапы подготовки

Предобработка текста

Предобработка текста переводит текст на естественном языке в формат удобный для дальнейшей работы. Применяются следующие операции:

• Перевод всех букв в тексте в нижний или верхний регистры;
• Удаление чисел или замена на текстовый эквивалент;
• Удаление пунктуации;
• Удаление редких и слишком частых слов;
• Стемминг или Лемматизация;

Извлечение признаков из текстов

Большинство математических моделей работают в векторных пространствах больших размерностей, поэтому необходимо отобразить текст в векторном пространстве. Основным походом является мешок слов (bag-of-words): для документа формируется вектор размерности словаря, для каждого слова выделяется своя размерность, для документа записывается признак насколько часто слово встречается в нем, получаем вектор. Наиболее распространенным методом для вычисления признака является TF-IDF[4] и его вариации (TF — частота слова, term frequency, IDF — обратная частота документа, inverse document frequency). Плюсами мешка слов является простая реализация, однако данный метод теряет часть информации, например, порядок слов. Для уменьшения потери информации можно использовать мешок N-грамм (добавлять не только слова, но и словосочетания), или использовать методы векторных представлений слов(Word2vec) это, например, позволяет снизить ошибку на словах с одинаковыми написаниями, но разными значениями и наоборот.

Алгоритмы классификации

Наивная байесовская модель

Пусть [math]P(c_i|d)[/math] — вероятность того, что документ, представленный вектором [math]d = (t_1, ..., t_n)[/math], соответствует категории [math]c_i[/math] для [math]i = 1, ..., |C|[/math]. Задача классификатора заключается в том, чтобы подобрать такие значения [math]c_i[/math] и [math]d[/math], при которых значение вероятности [math]P(c_i|d)[/math] будет максимальным:

[math]c_m = \underset{c \in C}{\operatorname{argmax}} \, P(c|d)[/math]

Для вычисления значений [math]P(c_i|d)[/math] пользуются теоремой Байеса:

[math]P(c_i|d) = \frac{P(d|c_i)P(c_i)}{P(d)}[/math]

где [math]P(c_i)[/math] – априорная вероятность того, что документ отнесен к категории [math]c_i[/math]; [math]P(d | c_i)[/math] – вероятность найти документ, представленный вектором [math]d = (t_1, ..., t_n)[/math], в категории [math]c_i[/math]; [math]P(d)[/math] – вероятность того, что произвольно взятый документ можно представить в виде вектора признаков [math]d = (t_1, ..., t_n)[/math].

По сути [math]P(c_i)[/math] является отношением количества документов из обучающей выборки [math]L[/math], отнесенных в категорию c_i , к количеству всех документов из [math]L[/math].

[math]P(d)[/math] не зависит от категории [math]c_i[/math], а значения [math]t_1, ..., t_n[/math] заданы заранее, поэтому знаменатель — это константа, не влияющая на выбор наибольшего из значений [math]P(c_i|d)[/math].

Вычисление [math]P(d | c_i)[/math] затруднительно из-за большого количества признаков [math]t_1, ..., t_n[/math] , поэтому делают «наивное» предположение о том, что любые две координаты, рассматриваемые как случайные величины, статистически не зависят друг от друга. Тогда можно воспользоваться формулой

[math]P(d|c_i) = \prod_{k=1}^{n} P(t_k|c)[/math]

Далее все вероятности подсчитываются по методу максимального правдоподобия.

Преимущества метода:

• высокая скорость работы;
• простая реализация алгоритма;
• легкая интерпретируемость результатов работы алгоритма.

Недостатками являются относительно низкое качество классификации и неспособность учитывать зависимость результата классификации от сочетания признаков.

Метод опорных векторов (SVM)

Будем представлять каждый документ, как вектор, задаваемый своим содержимым в общем векторном пространстве. После этого будем строить разделяющую гиперплоскость для каждого известного класса.

Преимущества метода:

• один из наиболее качественных методов;
• возможность работы с небольшим набором данных для обучения;
• сводимость к задаче выпуклой оптимизации, имеющей единственное решение.

Недостатки метода: сложная интерпретируемость параметров алгоритма и неустойчивость по отношению к выбросам в исходных данных.

Оценка качества классификации

Для оценки качества классификации, как и для оценки качества работы многих других алгоритмов машинного обучения вычисляется точность и полнота.

Применение семантических тезаурусов для анализа тональности текстов

Существуют тезаурусы, размеченные силами людей с учётом эмоциональной окраски слов, содержащихся в них. Такие словари позволяют определять тональность текста без применения алгоритмов машинного обучения. Тональность текста определяется как сумма тональностей слов, содержащихся в размеченных словарях.

Основной проблемой методов, основанных на словарях является трудоёмкость построения словаря: отдельного для каждого нового языка и каждой новой тематики.

Известные тезаурусы:

• WordNet-Affect;
• SentiWordNet;
• SenticNet