关键词提取算法TextRank

很久以前，我用过TFIDF做过行业关键词提取。TFIDF仅仅从词的统计信息出发，而没有充分考虑词之间的语义信息。现在本文将介绍一种考虑了相邻词的语义关系、基于图排序的关键词提取算法TextRank。

1. 介绍

TextRank由Mihalcea与Tarau于EMNLP'04 [1]提出来，其思想非常简单：通过词之间的相邻关系构建网络，然后用PageRank迭代计算每个节点的rank值，排序rank值即可得到关键词。PageRank本来是用来解决网页排名的问题，网页之间的链接关系即为图的边，迭代计算公式如下：

\[
PR(V_i) = (1-d) + d * \sum_{j \in In(V_i)} \frac{1}{|Out(V_j)|}PR(V_j)
\]

其中，\(PR(V_i)\)表示结点\(V_i\)的rank值，\(In(V_i)\)表示结点\(V_i\)的前驱结点集合，\(Out(V_j)\)表示结点\(V_j\)的后继结点集合，\(d\)为damping factor用于做平滑。

网页之间的链接关系可以用图表示，那么怎么把一个句子（可以看作词的序列）构建成图呢？TextRank将某一个词与其前面的N个词、以及后面的N个词均具有图相邻关系（类似于N-gram语法模型）。具体实现：设置一个长度为N的滑动窗口，所有在这个窗口之内的词都视作词结点的相邻结点；则TextRank构建的词图为无向图。下图给出了由一个文档构建的词图（去掉了停用词并按词性做了筛选）：



考虑到不同词对可能有不同的共现（co-occurrence），TextRank将共现作为无向图边的权值。那么，TextRank的迭代计算公式如下：

\[
WS(V_i) = (1-d) + d * \sum_{j \in In(V_i)} \frac{w_{ji}}{\sum_{V_k \in Out(V_j)} w_{jk}} WS(V_j)
\]

2. 评估

本小节中，将评估TextRank在关键词提取上的准确、召回与F1-Measure，并与TFIDF做对比。测试数据集是由刘知远老师提供的网易新闻标注数据集。Jieba完整地实现了关键词提取TFIDF与TextRank算法，基于Jieba-0.36的评估实验代码如下：

import jieba.analyse
import json
import codecs

with codecs.open(file_path, 'r', 'utf-8') as fr:
jieba.analyse.set_stop_words('chinese_stop_word.txt')
tp = fn = fp = 0
for line in fr.readlines():
d = json.loads(line)
content = d['content']
tags = set(d['tags'])
# for tag in tags:
#     jieba.add_word(tag)
words = jieba.analyse.extract_tags(content, topK=2, allowPOS=['ns', 'n', 'vn', 'v', 'nr', 'x'])
# trank = jieba.analyse.TextRank()
# trank.span = 5
# words = trank.textrank(content, topK=2, allowPOS=['ns', 'n', 'vn', 'v', 'nr', 'x'])
cnt = 0
for word in words:
if word in tags:
tp += 1
cnt += 1
fp += (len(words) - cnt)
fn += (len(tags) - cnt)
print(tp, fn, fp)
print('precision: {}'.format(tp/(tp+fp)))
print('recall: {}'.format(tp/(tp+fn)))
print('F1: {}'.format(2*tp/(2*tp+fp+fn)))

其中，每个文档提取的关键词数为2，并按词性做过滤；span表示TextRank算法中的滑动窗口的大小。评估结果如下：

方法	Precision	Recall	F1-Measure
TFIDF	0.263	0.219	0.239
TextRank span=5	0.244	0.204	0.222
TextRank span=7	0.246	0.205	0.224

如果将标注关键词添加到自定义词典中

jieba.add_word()

，则评估结果如下：

方法	Precision	Recall	F1-Measure
TFIDF	0.314	0.262	0.286
TextRank span=5	0.275	0.230	0.251
TextRank span=7	0.278	0.232	0.253

直观感受下关键词提取结果（添加了自定义词典）：

// TFIDF, TextRank, labelled
['文强', '陈洪刚'] ['文强', '陈洪刚'] {'文强', '重庆'}
['内贾德', '伊朗'] ['伊朗', '内贾德'] {'制裁', '世博', '伊朗'}
['调控', '王珏林'] ['调控', '楼市'] {'楼市', '调控'}
['罗平县', '男子'] ['男子', '罗平县'] {'被砍', '副局长', '情感纠葛'}
['佟某', '黄玉'] ['佟某', '黄现忠'] {'盲井', '伪造矿难'}
['女生', '聚众淫乱'] ['女生', '聚众淫乱'] {'聚众淫乱', '东莞', '不雅视频'}
['马英九', '和平协议'] ['马英九', '推进'] {'国台办', '马英九', '和平协议'}
['东帝汶', '巡逻艇'] ['东帝汶', '中国'] {'东帝汶', '军舰', '澳大利亚'}
['墨西哥', '警方'] ['墨西哥', '袭击'] {'枪手', '墨西哥', '打死'}

从上述两组实验结果，可以发现：

TextRank与TFIDF均严重依赖于分词结果——如果某词在分词时被切分成了两个词，那么在做关键词提取时无法将两个词黏合在一起（TextRank有部分黏合效果，但需要这两个词均为关键词）。因此是否添加标注关键词进自定义词典，将会造成准确率、召回率大相径庭。

TextRank的效果并不优于TFIDF。

TextRank虽然考虑到了词之间的关系，但是仍然倾向于将频繁词作为关键词。

此外，由于TextRank涉及到构建词图及迭代计算，所以提取速度较慢。

3. 参考资料

[1] Rada, Mihalcea, and Paul Tarau. "TextRank: Bringing Order into Texts." empirical methods in natural language processing (2004): 404-411.