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基于新型输入表示的微博情感检测

期刊:IEEE AccessDOI:10.1109/access.2023.3248506

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作者及发表信息

本研究由Fahim Anzum(IEEE会员)和Marina L. Gavrilova(IEEE高级会员)合作完成,两人均来自加拿大卡尔加里大学(University of Calgary)计算机科学系的生物识别技术实验室(Biometric Technologies Laboratory)。论文题为《Emotion Detection from Micro-blogs Using Novel Input Representation》,发表于IEEE Access期刊,于2023年2月23日在线发布,最终版本于2023年3月1日更新。论文的数字对象标识符(DOI)为10.1109/ACCESS.2023.3248506。研究得到了加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)发现基金、NSERC战略合作伙伴基金(SPG)以及国防卓越与安全创新网络(IDEAS)的部分支持。


学术背景

研究领域与动机

本研究属于情感计算(Affective Computing)自然语言处理(NLP)的交叉领域,聚焦于从社交媒体短文本(如推特)中检测用户情绪。随着互联网社交媒体的普及,用户通过平台表达情绪的行为激增(2022年全球活跃用户达46.2亿),但短文本的非结构化、语法松散性(如拼写错误、俚语、特殊符号)使得情绪检测面临挑战。传统方法依赖单一语言特征(如词袋模型Bag of Words或TF-IDF),而本研究提出结合风格特征(Stylistic Features)情感特征(Sentiment Features)语言特征(Linguistic Features)新型输入表示方法(SSEL),以提升分类精度。

研究目标

  1. 验证NLP技术能否从非结构化短文本中准确识别情绪。
  2. 探索推特中除语言特征外,其他特征(如风格、情感)对情绪分类的作用。
  3. 提出一种基于遗传算法(Genetic Algorithm, GA)的多特征融合与降维方法,并设计加权投票集成分类器(XGBoost、随机森林、SVM)优化检测性能。

研究方法与流程

1. 数据预处理

  • 数据集:使用公开的推特情绪数据集(20,000条推文),标注为6类情绪(悲伤、喜悦、爱、愤怒、恐惧、惊讶)。数据分布不均衡,采用SMOTE技术(合成少数类过采样)平衡样本。
  • 预处理步骤
    • 分词(Tokenization):保留停用词(因实验证明其有助于情绪分类)。
    • 词形还原(Lemmatization):将词汇转换为根形式。
    • 清理无关内容:移除URL、标签符号和标点。

2. 特征提取

  • 语言特征(L):采用TF-IDF向量化技术,提取单词(Unigram)、双词(Bigram)和三词(Trigram)的权重特征(共15,247维)。
  • 风格特征(S):包括推文长度(字符/单词数)、词汇多样性、词性密度(名词、动词、形容词)、标点符号频率(如问号、感叹号)等15维特征。
  • 情感特征(Se):使用VADER(Valence Aware Dictionary for Sentiment Reasoning)工具计算4类极性分数(积极、消极、中性、复合分数)。

3. 特征融合与降维

  • 遗传算法(GA)
    • 参数设置:种群大小50,交叉率0.7,变异率0.2,以F1分数为适应度标准。
    • 输出:将初始15,266维特征降至5,012维(压缩率67.17%),保留最具判别力的特征(如形容词密度、复合情感分数)。

4. 分类模型设计

  • 集成分类器
    • 基模型:XGBoost(350棵决策树)、随机森林(350棵树)、线性SVM(正则化参数C=10)。
    • 加权投票策略:通过GA优化各模型权重(如XGBoost权重0.4,SVM权重0.3)。

5. 实验与评估

  • 对比实验
    • 不同特征组合(仅TF-IDF、仅风格特征等)的性能对比。
    • 与传统机器学习模型(KNN、决策树)及现有研究(如Sundaram等人的TF-IDF+SVM方法)的对比。
  • 评估指标:准确率(Accuracy)、精确率(Precision)、召回率(Recall)、F1分数。

主要结果

  1. 特征有效性验证

    • TF-IDF在语言特征中表现最优(优于Word2Vec和词袋模型),因其能捕捉词汇重要性而非仅语义关系。
    • 风格与情感特征的组合使分类准确率提升12.3%(对比单一语言特征)。
  2. SSEL特征的优势

    • 最终模型在测试集上达到96.49%的准确率、F1分数和召回率,显著优于基线方法(如Yousaf等人的投票分类器准确率93.2%)。
    • 混淆矩阵显示,对“爱”和“愤怒”类别的识别率最高(>98%),而“恐惧”因数据稀疏性略低(94%)。
  3. 遗传算法的贡献

    • 特征降维后,模型训练时间减少42%,且避免了过拟合。

结论与价值

科学价值

  1. 方法论创新:首次将风格、情感与语言特征融合,并通过GA实现高效降维,为短文本情绪检测提供了可复用的技术框架。
  2. 领域应用:成果可应用于客户服务(如实时反馈分析)、心理健康监测(如抑郁倾向预警)及个性化推荐系统。

亮点

  • 多特征融合:突破了传统依赖单一语言特征的局限。
  • 集成分类器优化:通过GA动态调整模型权重,提升集成系统的鲁棒性。
  • 高可扩展性:SSEL特征表示可适配其他社交媒体平台(如微博、Reddit)。

其他有价值内容

  • 局限性:数据集中于英语推文,未来需扩展至多语言及多模态(如图像、视频)情绪分析。
  • 开源贡献:实验代码与预处理流程已公开,便于后续研究复现。

(报告字数:约1,500字)

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