共指消解（一）

摘要重点

1. 共指消解旨在识别指向同一实体的不同表述
2. 共指消解是一个NP-Hard的问题
3. 共指消解的发展经历了基于规则、基于机器学习、基于全局最优化、基于知识库和基于深度学习的模型阶段

引言

共指消解（coreference resolution）技术同NER、RE。作为自然语言历届基础技术被广泛的应用于：文本摘要、机器翻译、自动问答和知识图谱等领域。

共指消解的提出是为了识别一段文本中指向同一实体的不同表述。

整个共指消解的过程可以理解为——判断一个表述是否指向另一个表述的过程。
照应语（Anaphor）：指出的表述。
先行语（Antecedent）：指入的表述。
简化的判断可如下：
照应语指向先行语

根据照应语和先行语的位置不同可分为四种情况：

1. 回指：先行语在照应语前，其中照应语为人称代词。
2. 预指：先行语在照应语后，其中照应语为人称代词。
3. 名词短语共指：先行语和照应语均为非人称代词的名词短语。
4. 先行语分指：一个照应语对应多个先行语。

共指消解的难点在于：

1. 共指消解是一个NP-Hard 的问题，在多项式时间内无法求得最优解。
2. 自然语言的场景和句式多变，同一句话在不同语境下可表示不同的含义，不同的句子可能标识同样的含义。
3. 语料质量较低，并且缺乏数据集。

基本概念

共指消解中的共指关系是一种等价关系。有如下性质：

1. 自反性
2. 对称性
3. 传递性

实体解析（Entity Resolution）与共指消解的定义基本相同，实体匹配（Entity Matching）和实体对齐（Entity Alignment）主要侧重于不同的数据源之间是否指向同一实体。

共指消解可以作为实体链接的一部分：
step1：命名实体识别
step2：共指消解
step3：实体消歧

回指消解：考虑同一篇章红的照应语与上文中的先行语之间的语义关联性，不一定是等价关系。

共指消解的研究现状

基于规则的方法

Hobbs算法

Hobbs算法是在1978年提出的最早的共指消解算法之一。
Hobbs有两个不同的版本：

1. 完全基于句法知识的——朴素Hobbs算法。
2. 加入语义知识的——Hobbs算法的改进版。

Converse首次将Hobbs算法运用在中文共指消解中，并语句语法加入了额外的约束信息。

中心理论

中心理论的大致思路是跟踪文本中实体的焦点变化。
中心理论作为一种理论模型，实例化后的算法也是基于规则的，所以其缺乏泛化能力。此外其职能判断两个相邻表述是否共指，所以预测能力也较差。

基于机器学习的方法

监督学习

1. 表述对模型(Mention-pair Model)
   该模型将共指消解问题看作表述对的二分类模型。根据距离特征和上下文特征判定表述对是否共指。存在两个缺陷：（1） 只关注先行语和照应语之间的关系，忽略了先行语两两之间的相互关系。（2） 当特征不足以判断是否共指时，可能存在代词语义过空、表述性别难以分辨的问题。
2. 表述排序模型(Mention-ranking Model)
   该模型将共指消解问题看作是排序学习问题。模型考虑了多个先行语之间的排序关系，因此弥补了表述对模型的缺陷（1）
3. 实体表述模型(Entity-mention Model)
   该模型将共指消解问题看作实体与表述的二元分类问题。其中实体为共指的先行语集合。一个实体包含多个共指先行语，其上下文的信息可以互补，所以弥补了表述对模型的缺陷（2）
4. 实体排序模型(Entity-ranking Model/Cluster-ranking Model)
   该模型结合了表述排序模型和实体表述模型的优点。

无监督学习

相比于海量的无标注文本，由于人工成本的昂贵，所以标注数据往往规模较少。
所以有的学者利用无监督学习进行共指消解，比如聚类，EM算法，LDA算法。

半监督学习

介于监督学习和无监督学习之间的方法，既能利用带标注数据保证模型的精度，又可以通过无标注数据提升模型的泛化能力。

基于全局最优化的方法

基于机器学习的方法还有如下不足：

1. 训练数据的特征往往是局部的，没有考虑全局的依赖关系和语义特征。
2. 可能违背共指等价关系的传递性，“A与B共指，ByuC共指，则出现A与C不共指”

为了缓解这个问题，全局最优化方法被提出。

基于知识库的方法

人类的先验知识有利于共指消解的任务，而先验知识的获取较为困难，所以出现了利用知识库中的知识，提取额外的特征发现表述之间的隐含关系，从而提高模型的性能。

基于深度学习的方法

深度学习利用了word embedding、LSTM和Attention等方面的内容。进一步实现了end to end的模型，并且提升了整体的性能和泛化能力。

总结与展望

总结：

1. 模型缺乏语义推理能力
2. 缺乏共指消解的语料库
3. 模型效果过于依赖前置模型的性能

展望：

1. 采用知识图谱抽取开放特征
2. 更为充分的利用无标注数据
3. 利用好强化学习
4. 更完备的end to end 模型