文章生成自动摘要的算法原理

2015年08月20日 23:25 by:阮一峰

我简直太爱这这篇文章的作者(阮一峰)了, 分享了这么多我最想了解的知识,向知识致敬,分享万岁。

文章原文:

有时候,很简单的数学方法,就可以完成很复杂的任务。

这个系列的前两部分就是很好的例子。仅仅依靠统计词频,就能找出关键词和相似文章。虽然它们算不上效果最好的方法,但肯定是最简便易行的方法。

今天,依然继续这个主题。讨论如何通过词频,对文章进行自动摘要(Automatic summarization)。

如果能从3000字的文章,提炼出150字的摘要,就可以为读者节省大量阅读时间。由人完成的摘要叫"人工摘要",由机器完成的就叫"自动摘要"。许多网站都需要它,比如论文网站、新闻网站、搜索引擎等等。2007年,美国学者的论文《A Survey on Automatic Text Summarization》(Dipanjan Das, Andre F.T. Martins, 2007)总结了目前的自动摘要算法。其中,很重要的一种就是词频统计。

这种方法最早出自1958年的IBM公司科学家H.P. Luhn的论文《The Automatic Creation of Literature Abstracts》

Luhn博士认为,文章的信息都包含在句子中,有些句子包含的信息多,有些句子包含的信息少。"自动摘要"就是要找出那些包含信息最多的句子。

句子的信息量用"关键词"来衡量。如果包含的关键词越多,就说明这个句子越重要。Luhn提出用"簇"(cluster)表示关键词的聚集。所谓"簇"就是包含多个关键词的句子片段。

上图就是Luhn原始论文的插图,被框起来的部分就是一个"簇"。只要关键词之间的距离小于"门槛值",它们就被认为处于同一个簇之中。Luhn建议的门槛值是4或5。也就是说,如果两个关键词之间有5个以上的其他词,就可以把这两个关键词分在两个簇。

下一步,对于每个簇,都计算它的重要性分值。

以前图为例,其中的簇一共有7个词,其中4个是关键词。因此,它的重要性分值等于 ( 4 x 4 ) / 7 = 2.3。

然后,找出包含分值最高的簇的句子(比如5句),把它们合在一起,就构成了这篇文章的自动摘要。具体实现可以参见《Mining the Social Web: Analyzing Data from Facebook, Twitter, LinkedIn, and Other Social Media Sites》(O'Reilly, 2011)一书的第8章,python代码见github

Luhn的这种算法后来被简化,不再区分"簇",只考虑句子包含的关键词。下面就是一个例子(采用伪码表示),只考虑关键词首先出现的句子。

  1. Summarizer(originalText, maxSummarySize):
  2. // 计算原始文本的词频,生成一个数组,比如[(10,'the'), (3,'language'), (8,'code')...]
  3. wordFrequences = getWordCounts(originalText)
  4. // 过滤掉停用词,数组变成[(3, 'language'), (8, 'code')...]
  5. contentWordFrequences = filtStopWords(wordFrequences)
  6. // 按照词频进行排序,数组变成['code', 'language'...]
  7. contentWordsSortbyFreq = sortByFreqThenDropFreq(contentWordFrequences)
  8. // 将文章分成句子
  9. sentences = getSentences(originalText)
  10. // 选择关键词首先出现的句子
  11. setSummarySentences = {}
  12. foreach word in contentWordsSortbyFreq:
  13. firstMatchingSentence = search(sentences, word)
  14. setSummarySentences.add(firstMatchingSentence)
  15. if setSummarySentences.size() = maxSummarySize:
  16. break
  17. // 将选中的句子按照出现顺序,组成摘要
  18. summary = ""
  19. foreach sentence in sentences:
  20. if sentence in setSummarySentences:
  21. summary = summary + " " + sentence
  22. return summary

类似的算法已经被写成了工具,比如基于Java的Classifier4J库的SimpleSummariser模块、基于C语言的OTS库、以及基于classifier4J的C#实现python实现