目錄1、DCNN模型2、TextCNN模型3、XML-CNN模型4、Character-level CNN模型5、VDCNN模型

1、DCNN模型

DCNN是由Nal Kalchbrenner[1]等人于2014年提出的一種算法，其利用CNN模型將輸入進行卷積操作，并利用K-MAX pooling操作，最終將變長的文本序列輸出為定長的序列，這種方式能夠獲取短文本和長文本之間的關系。文章在4個數據集進行了測試。

DCNN模型結構如下圖所示

projected sentence matrix
首先，我們將輸入的單詞通過embedding_lookup，得到輸入單詞的詞向量。如圖，輸入為[7,4]的向量
wide convolution
我們用兩個濾波器，分別對原始的詞表進行卷積操作，這里設置m=3，即每3個單詞進行一次卷積操作，由圖可知，濾波器的維度是3，這里會在詞表前后分別加上兩維的padding，這里的操作只對每3個單詞的第一維進行卷積。最終我們會得到兩個[9,4]的矩陣。
dynamic k-max pooling
對每一個維度進行pooling操作，這里k=5，即取最大的5個元素，結果進行拼接，這里有兩個濾波器,得到兩個[5,4]的矩陣。這里的k是動態獲取的，根據公式(k_{l} = max(k_{top}, lceil frac {L-l}{L} * s ceil)) 。其中(k_{top})為用戶自己設定，這里(k_{top} = 3)，L表示全部卷積的數量，s表示輸入的長度，這里(s=18)，所以，(k_{1} = max(3,((3-1)/3) * 18) = 12)， (k_{2} = max(3,((3-2)/3) * 18) = 6)，(k_{3} = max(3,((3-3)/3) * 18) = 3)。
wide convolution
再次進行一次卷積操作，這里的m=2，有兩個濾波器，我們用這兩個濾波器 分別對上一層的輸出進行卷積，并將各自的結果進行加和，得到兩個[6,4]的輸出，
fodding
這里的維度為4，我們將其平均分成兩部分，每一部分為2，我們將各自的兩維進行加和，得到兩個[6,2]的矩陣
dynamic k-max pooling
如上，再次進行pooling操作，得到兩個[3,2]維矩陣
Fully connected layer
最后，我們進行一個全連接操作，將結果維度進行固定，接下來，我們就可以利用一些softmax操作，來根據分類結果計算loss了。

2、TextCNN模型

TextCNN可以理解為是DCNN的簡化版本，但是在數據集上取得了不錯的效果，TextCNN是由Yoon Kim[2]提出的一種算法，提出了不同的單詞embedding方法，分別是CNN-rand,CNN-static,CNN-non-static,CNN-mutichannel，其基本結構如下圖所示

TextCNN的結構和DCNN基本相似，第一層，我們先得到單詞的embedding，接著，用不同的濾波器進行卷積操作，然后用max-pooling方式進行池化操作，最后加上一個全連接操作，進行softmax輸出。可以看到，TextCNN幾乎是DCNN的簡化版本。

CNN-rand
對單詞的embedding信息隨機的初始化
CNN-static
用word2vec進行訓練詞向量，并且在訓練時固定詞向量
CNN-non-static
用word2vec進行訓練詞向量，詞向量隨著訓練進行微調
CNN-mutichannel
輸入時含有兩個詞向量，分別成為兩個通道，其中一個用word2vec進行訓練并在CNN訓練時進行固定，另外一個隨機初始化，并在CNN訓練時隨著訓練調整它的參數。

3、XML-CNN模型

XML-CNN主要是針對大規模多標記數據提出的一種算法，是由Jingzhou Liu[3]等人提出的，其主要貢獻有三點：a、使用k-max-pooling方法來盡可能多的加入特征信息。b、在池化層和輸出層加入一個全連接層，以減少參數的更新。c、輸出層使用sigmoid激活函數，損失函數使用cross-entropy。其網絡結構如下圖所示

首先，輸入層依然是單詞的embedding信息，經過多個濾波器，進行卷積操作，接著我們使用k-max-pooling，其目的是為了更多的獲取特征，有時候，往往最大的特征不能代表某個類別，所以加入最大的k個特征。接下來我們在池化層和輸出層加入一個全連接層，加入這個層的目的是減少參數的更新，如果不加入這個全連接層，那么每次參數更新是k * L,k表示池化層輸出節點數，L表示輸出層節點數，加入了一個全連接層，參數更新就變成了k * F + F * L,F表示全連接層節點數，其中F遠遠小于L。最后輸出層使用sigmoid激活函數，并使用cross-entropy構造損失函數。

4、Character-level CNN模型

顧名思義，Character-level CNN模型輸入的并不是完整的詞匯，而是字符序列，在論文中，作者輸入的字符個數是70個，其中包括字母，數字和一些特殊符號等，特征的維度設置為1024，對于沒有在這70個字符中的字符，用全0表示。其結構如下圖所示

可以看到，輸入序列經過了一次卷積和池化操作，緊接著經過了6層卷積操作，池化操作和3層全連接操作，其中卷積操作分為1個大步長和1個小步長，其參數如下圖所示

卷積和池化操作

全連接操作

5、VDCNN模型

VDCNN模型是在深度上進行增加，以達到一個較好的效果，其由facebook 的Alexis Conneau[5]等人提出，模型輸入是以字符為單位，輸入的長度固定為s=1024。受到VGG和ResNets的啟發，模型在池化操作后遵循如下原則

對于相同的輸出特征圖大小，圖層有相同數量的濾波器
如果特征圖的大小被減半，過濾器的數量增加一倍

如下是完整的模型架構圖，我們分別來對每一個步驟進行講解

輸入層是一個(1024)的字符向量，經過embedding_lookup后，得到(1024 * 16)的二維矩陣，其中16為每個字符的維度。

接下來進行一步卷積操作，其中窗口大小為3，濾波器 的數量是64，在這一步，其實在矩陣的開始和結束加上了兩個padding，所以輸入的向量是(1026,16)，這樣經過一次窗口長度為3的卷積，可以得到大小為(1024 * 1)的卷積結果，由于濾波器數量為64，所以最終的結果是(1024 * 64)維的矩陣。

接下來通過兩個Convolutional Block,窗口大小為3，濾波器數量為64，在每一步的卷積操作中，都在開始和結束加入了兩個padding，這樣做的目的是為了得到固定維度的輸出，后續也都是一樣的，不再做特殊的說明。

接下來進行池化操作，得到(512 * 64)的矩陣輸出，根據上述原則，我們需要增加濾波器的數量，即64 * 2=128

進行卷積操作，窗口大小為3，對矩陣(512 * 64)進行卷積操作，得到(512 * 1)由于是128個濾波器，所以結果是(512 * 128)

接下來的操作和上述一樣，最終會得到一個(128 * 512)的矩陣，接著進行池化操作，這里k=8，所以輸出為(8 * 512)

接著，進行兩個全連接層的操作，下游的任務可以根據我們的需要進行設置，比如對分類來說，輸出即為標簽的數量。

我們這里還有一點沒有說明，就是Convolutional Block是個什么東西，其實很簡單，也是一系列的卷積操作，如下圖所示

參考文獻
[1]Nal Kalchbrenner(2014)A Convolutional Neural Network for Modelling Sentences.
[2]Yoon Kim(2014)Convolutional Neural Networks for Sentence Classification
[3]Jingzhou Liu（2015）Deep Learning for Extreme Multi-label Text Classification
[4]Xiang Zhang(2015)Character-level Convolutional Networks for Text Classification
[5]Alexis Conneau(2017)Very Deep Convolutional Networks for Text Classification

總結

以上是生活随笔為你收集整理的深度学习之文本分类模型-基于CNNs系列的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。