论文浅尝 | Learning with Noise: Supervised Relation Extraction

Luo B, Feng Y, Wang Z, et al. Learning withNoise: Enhance Distantly Supervised Relation Extraction with Dynamic TransitionMatrix[C]// Meeting of the Association for Computational Linguistics.2017:430-439.

链接：http://www.aclweb.org/anthology/P/P17/P17-1040.pdf

1. 动机

Distant supervision 是一种生成关系抽取训练集的常用方法。它把现有知识库中的三元组 <e1,r, e2> 作为种子，匹配同时含有 e1 和 e2 的文本，得到的文本用作关系 r 的标注数据。这样可以省去大量人工标记的工作。

但是这种匹配方式会产生很多噪音：比如三元组 <DonaldTrump, born-in, New York>，可能对齐到『Donald Trump was born in New York』，也可能对齐到『DonaldTrump worked in New York』。其中前一句是我们想要的标注数据，后一句则是噪音数据（并不表示born-in）。如何去除这些噪音数据，是一个重要的研究课题。

2. 前人工作

1、通过定义规则过滤掉一些噪音数据，缺点是依赖人工定义，并且被关系种类所限制。

2、Multi-instancelearning，把训练语句分包学习，包内取平均值，或者用 attention 加权，可以中和掉包内的噪音数据。缺点是受限于 at-least-one-assumption：每个包内至少有一个正确的数据。

 

可以看出前人主要思路是『去噪』，即降低噪声数据的印象。这篇文章提出用一个噪音矩阵来拟合噪音的分布，即给噪音建模，从而达到拟合真实分布的目的。

3. 模型

1、2是普通的关系抽取模型过程，3、4是噪音拟合的过程。

transition matrix 是一个转移矩阵，大小为n * n，n是关系种类的数目。T_ij 的元素的值是 p( j| i )，即该句子代表关系为 i，但被误判为j的概率。

这样我们就可以得到：

𝑃𝑟𝑒𝑑𝑖𝑐𝑡𝑒𝑑 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 × 𝑇𝑟𝑎𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑥=𝑂𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑒𝑑 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛

其中，predicted 是我们想要的真实分布，observed 是我们观测到的噪音分布，这样就可以用噪音数据进行联合训练了。

3.1 全局转移矩阵& 动态转移矩阵

Global transition matrix 在关系层面上定义一个特定的转移矩阵，比如

属于 A 关系的句子，被误判为 B 关系的概率是恒定的。

Dynamic transition matrix 是在句子层面上定义的，即使同属于 A 关系，a1 句子和 b1 句子被误判成 B 关系的概率也不同。比如下面两句话，带有 old house 的被误判成 born-in 的概率更大。

动态转移矩阵更有优势，粒度更细。

3.2. 训练方法

如果单纯用 observed 的 loss，会出现问题，因为在初始化的时候，我们并不能保证p一定拟合真实分布，转移矩阵也没有任何先验信息，容易收敛到局部最优。

因此，文中用 curriculum learning进行训练：

trace 是转移矩阵的迹，用于控制训练过程中噪音的作用，是矩阵的正则项。在没有噪音的情况下，矩阵是一个单位矩阵，迹最大，此时矩阵没有效果。迹越小，矩阵施加的效果越明显。

curriculum learning 的步骤：

初始阶段，alpha 为 1，beta 取一个很大的值，只学习 p 分布，让 p 获得关系判定的能力；

后续阶段，逐渐减小 alpha 和 beta，强化矩阵的作用，学习噪音分布 o，最后获得真实的 p 分布和噪音 o 分布。

这样通过调控过程，就可以避免学习出无意义的局部最优值了。

3.3．先验知识

可以给矩阵增加一些先验知识，比如在 timeRE 的数据集上，根据时间粒度，对数据集进行可信度划分，先训练可信数据，再训练噪音数据，这样可以优化最终的训练结果。

4. 实验结果

作者在 timeRE 和 entityRE(NYT) 上均进行了训练，取得了降噪的 state-of-art。具体分析结果可以参照论文。

笔记整理：王冠颖，浙江大学硕士，研究方向为知识图谱，关系抽取。

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