台湾大学黄意尧：深度残差网络下的弱监督关系抽取

雷锋网 (公众号：雷锋网) AI 科技评论按：在今年的 EMNLP 2017 上，台湾大学黄意尧与加州圣塔芭芭拉大学 (UCSB)William Wang 教授有一篇合作论文被录用。受雷锋网 AI 科技评论邀请，黄意尧撰写了关于这篇论文的研究历程，以供学习与参考。雷锋网 AI 科技评论做了不改动原意的编辑与修改，将繁体字转换为简体，并将一些台湾常用表述转换为大陆的通用说法。

论文名称：Deep Residual Learning for Weakly-Supervised Relation Extraction

论文地址： https://arxiv.org/abs/1707.08866

近年来，越来越多人关注在关系抽取 (Relation Extraction) 的题目上，大部分的研究集中在使用更复杂、更结构化的神经网络，并测量在 SemEval 2010 的关系抽取数据库上。

但在这个数据库上，最大的问题是数据太少，总共只有 10,717 条数据，导致大部分的模型参数不能太多，要不然会有过度拟合 (over fitting) 的现象发生。

相较於另一个数据库，NYT dataset，总共有 695,059 条数据，採用半监督式学习：distant supervision 来收集数据。这个数据库有足够大的数量来进行大型神经网络的实验。

出於这个动机，本文进行大型神经网络在 NYT dataset 数据库的实验，并提出深度残差网络来解决 distant supervision 带来的噪声干扰。

问题探讨

我们使用卷积神经网络来进行关系抽取，取经於计算机视觉与深度卷积神经网络的成功，我们透过增加层数，来增加神经网络的参数，希望可以帮助关系抽取的学习。结果如图一：

图一、各式卷积网络的结果

但我们却发现，使用 9 层卷积神经网络 (CNN-9) 的效果，并没有单层 (CNN) 的好。这个结果跟过往的经验违背。我们猜测原因是，在 distant supervision 的数据裡面，有太多错误标签的数据，这些数据带来太多的噪声，而这些噪声随著越深层的神经网络而被放大，导致 9 层卷积神经网络 (CNN-9) 的结果比单层 (CNN) 更差。为了解决这个问题，我们使用残差网络，来帮助网络的特征学习。

残差网络在半监督式学习的应用

基於上面的实验，我们知道浅层网络在 distant supervision 的数据库中，能学习到比较好的特征。於是，我们设法让浅层网络的特征，可以跳跃传递至深层网络。

图二，残差网络在关系抽取的架构

如图二所示，我们使用拥有两层卷积网络的残差区块，将浅层网络的特征传到较深层的网络。特过这样的设计，我们可以依照数据库的大小，来堆迭网络架构，让网络可以选择较不被噪声影响的那层网络特征来进行关系分类。

结果

这篇文章，提出一种，解决 distant supervision 噪声对大型网络影响的方法。在表一，我们可以看到，9 层的残差网络，与 state-of-the-art(PCNN+ATT) 的模型，有差不多的结果，并在高顺位候选的关系上，有更棒的效能。证明，利用残差网络，可以在 distant supervision 的数据库中，抽取更有用的特征。

表一，残差网络与其它网络结构的结果比较

结论

本篇文章提供读者、研究人员可以在 distant supervision 的数据库使用大型深度神经网络。但要注意，此种半监督式学习的噪声，会影响到实验结果。利用残差网络可以解决这样的问题，这篇文章在关系抽取的研究上，证明其结果。

文章趣事

本篇文章是我在加州圣塔芭芭拉大学 (UCSB)，做交换学生时完成的作品。其实圣塔芭芭拉是一个充满阳光，很美的海滩，每天都可以冲浪、晒太阳、玩水，加上当时课选很少的情况下，觉得生活过得太安逸，决定加入当时新晋教授 William Wang 的实验室，学习相关领域的知识。但没想到，我是实验室前 5 个进来的学生，导致所有知识都要靠自己来，自己吸收与学习。幸运的是，教授有许多时间，跟我讨论题目，但另一方面，我也好像在过一个博士班学生单独奋斗的生活，每天死盯著论文，想理解关系抽取到底发生了什么事。很幸运地，最后我把文章完成，并且顺利的投上 EMNLP。很感谢 William Wang 教授愿意给我机会，与我进行大量的讨论。William Wang 教授在知识图谱的相关研究很厉害，有兴趣的同学，可以申请到他的实验室进行研究。

原文： https://arxiv.org/abs/1707.08866

项目： https://github.com/darrenyaoyao/ResCNN_RelationExtraction

William Wang 教授主页： https://www.cs.ucsb.edu/~william

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