CN111310458A - 一种基于多特征融合的主观题自动评分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,对考生答案和参考答案先进行预处理和向量化处理,然后计算两个答案的文本相似度特征、关键词相似度特征和情感相似度特征,最后对以上特征赋予一定的权重,得出具体的分数。本发明提供一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,融合了多粒度的特征,在整体上,使用基于CNN和BiLSTM的网络以及引入注意力机制提取答案文本的特征,实现深层语义的获取;在局部上,提取了关键词特征,以捕获整体上获取不到的特征;同时也融入了情感方面的特征,进一步提高了准确率,极大地提高了实用性。
Description
技术领域
本发明涉及自然语言处理技术领域,更具体的,涉及一种基于多特征融合的主观题自动评分方法。
背景技术
如今,人工智能时代即将来临,人工智能已经渗透到了各行各业,无论是医疗行业,还是媒体行业,甚至游戏行业也充满了AI的气息,但教育行业却似乎没有跟上人工智能的浪潮似的,显得无动于衷。例如在医疗行业里,医生们可以凭借图像识别技术辅助筛选肿瘤、癌症等病状,大大减轻了医生的工作量。然而在教育行业里,老师们的工作量并没有减少多少,就比如在批改作业、试卷方面,虽然在选择题、填空题等客观题的评分可以由计算机自动评分批改,但简答题、论述题等主观题无法做到完全由计算机自动评分批改,这一方面的技术、产品并不成熟,仍处于探索阶段。
现有的主观题评分几乎都是由人工进行评分的,费时费力,无法实时反馈学生的学习成果。最相近似的实现方案:简单提取两个答案的语义,然后计算相似度,这样准确率较低,忽略了深层的语义,无法做到实用。
发明内容
本发明为克服现有的主观题自动评分方案准确率不高、忽略了深层语义和不够实用的技术缺陷,提供一种基于多特征融合的主观题自动评分方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,包括以下步骤:
S1:使用中文分词工具分别对考生答案和参考答案进行分词,然后去除停用词、重复词、标点符号和特殊符号,并且让两组序列的长度一致,对应得到序列A1和序列A2;
S2:使用bert-as-service工具对A1、A2进行向量化处理,对应得到考生答案向量矩阵E1、参考答案向量矩阵E2;
S3:分别从E1、E2提取考生答案和参考答案的文本特征、关键词特征和情感特征进行相似度特征计算,对应得到文本相似度特征Sim1、关键词相似度特征Sim2、情感相似度特征Sim3;
S4:计算得出总分,完成自动评分,计算公式为:
Score=(α*Sim1+β*Sim2+γ*Sim3)*MaxScore
其中α、β、γ为特征对应的权重,MaxScore为设置的满分值。
优选的,S1中通过在长度短的序列的末端填补字符<PAD>,从而使A1和A2长度一致。
优选的,S3中计算Sim1具体包括以下步骤:
S3.1.1:利用卷积神经网络CNN对E1进行特征提取,其输出向量Ci作为CNN提取的单词级别的特征;
S3.1.2:利用双向长短期记忆网络LSTM对E1进行特征提取,其输出向量hi作为得到LSTM层提取到的单词级别的特征;
S3.1.3:对Ci、hi引入注意力机制,最后分别得到CNN提取的句子级别的语义向量表示Scnn和LSTM提取的句子级别的语义向量表示Slstm;
Scnn的计算公式为:
vi=tanh(WcCi+bc)
αi=Softmax(Wαvi)
式中,vi是注意力输出,Wc、bc、Wα是模型参数,αi是CNN层的注意力权重;
Slstm的计算公式为:
ui=tanh(Whhi+bh)
βi=Softmax(Wβui)
式中,ui是注意力输出,Wh、bh、Wβ是模型参数,βi是LSTM层的注意力权重;
S3.1.4:将Scnn和Slstm进行拼接,得到考生答案文本的语义表示s1[Scnn,Slstm];
S3.1.5:依照S3.1.1至S3.1.4对E2进行特征提取、引入注意力机制和拼接语义向量表示,从而得到参考答案文本的语义表示s2;
S3.1.6:在语义空间中计算s1和s2的相似度,从而判断两个答案是否语义相同。
优选的,S3.1.6中,选取余弦相似度作为评价函数,计算公式为:
相似度的值的大小在[0,1]之间。
优选的,S3中计算Sim2具体包括以下步骤:
S3.2.1:使用TF-IDF算法提取考生答案和参考答案的关键词,得到K1和K2-;
S3.2.2:基于《同义词词林扩展版》计算K1和K2中每两个关键词的相似度WordSim(C1,C2),WordSim(C1,C2)在[0,1]之间,计算公式为:
dis(C1,C2)=IC(C1)+IC(C2)-2IC(LCS(C1,C2))
式中,maxnodes表示词林里的全部节点的数量,为90114;IC(C)表示C的信息内容含量;LCS(A,B)表示的是A和B在词林中的最近公共父节点;MaxDIFF代表的是最大差异性,其值为2;MinDIFF则为最小差异性,值为0;dis(C1,C2)指的是两个词语的差异性,
S3.2.3:计算两个答案之间关键词相似度Sim2(K1,K2),其值大小范围为[0,1],计算公式为:
式中,KeyNum(K1,K2)是考生答案中含有参考答案关键词的数目。
优选的,S3.2.2中,当WordSim(C1,C2)大于0.8,那么就判定为这两个词相等。
优选的,S3中计算Sim3具体包括以下步骤:
S3.3.1:对情感词典的每个类别设置权重;
S3.3.2:遍历A(A为答案文本进行预处理后的结果),并将A的每个词与情感词典进行匹配以查看其类别,然后累加这些情感词的权重得到情感分数;
S3.3.3:计算情感相似度,计算公式为:
式中,Q1为考生答案的情感分数,Q2为参考答案的情感分数。
优选的,S3.3.1中,正面词语的权重设置为1,负面词语的权重设置为-1。
优选的,S3.3.3中,情感分数的初始分数为50。
优选的,S4中,α、β、γ通过神经网络训练得出。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
本发明提供了一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,融合了多粒度的特征,在整体上,提取答案文本的特征,实现深层语义的获取;在局部上,提取了关键词特征,以捕获整体上获取不到的特征;同时也融入了情感方面的特征,进一步提高了准确率,极大地提高了实用性。
附图说明
图1为本发明的技术方案实施流程示意图;
图2为本发明中步骤S3的第一细化流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示,一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,包括以下步骤:
S1:使用中文分词工具分别对考生答案和参考答案进行分词,然后去除停用词、重复词、标点符号和特殊符号,并且让两组序列的长度一致,对应得到序列A1和序列A2;
S2:使用bert-as-service工具对A1、A2进行向量化处理,对应得到考生答案向量矩阵E1、参考答案向量矩阵E2;
S2.1:安装bert-as-service工具,并下载BERT中文预训练模型;
S2.2:开启bert-as-service的服务,分别输入A1、A2到所述BERT中文预训练模型中进行向量化处理;
S2.3:分别得到考生答案向量矩阵E1、参考答案向量矩阵E2;
S3:分别从E1、E2提取考生答案和参考答案的文本特征、关键词特征和情感特征进行相似度特征计算,对应得到文本相似度特征Sim1、关键词相似度特征Sim2、情感相似度特征Sim3;
S4:计算得出总分,完成自动评分,计算公式为:
Score=(α*Sim1+β*Sim2+γ*Sim3)*MaxScore
其中α、β、γ为特征对应的权重,MaxScore为设置的满分值。
更具体的,S1中通过在长度短的序列的末端填补字符<PAD>,从而使A1和A2长度一致。
更具体的,如图2所示,S3中计算Sim1具体包括以下步骤:
S3.1.1:利用卷积神经网络CNN对E1进行特征提取,其输出向量Ci作为CNN提取的单词级别的特征;
S3.1.2:利用双向长短期记忆网络LSTM对E1进行特征提取,其输出向量hi作为得到LSTM层提取到的单词级别的特征;
S3.1.3:对Ci、hi引入注意力机制,最后分别得到CNN提取的句子级别的语义向量表示Scnn和LSTM提取的句子级别的语义向量表示Slstm;
Scnn的计算公式为:
vi=tanh(WcCi+bc)
αi=softmax(Wαvi)
式中,vi是注意力输出,Wc、bc、Wα是模型参数,αi是CNN层的注意力权重;
Slstm的计算公式为:
ui=tanh(Whhi+bh)
βi=softmax(Wβui)
式中,ui是注意力输出,Wh、bh、Wβ是模型参数,βi是LSTM层的注意力权重;
S3.1.4:将Scnn和Slstm进行拼接,得到考生答案文本的语义表示s1[Scnn,Slstm];
S3.1.5:依照S3.1.1至S3.1.4对E2进行特征提取、引入注意力机制和拼接语义向量表示,从而得到参考答案文本的语义表示s2;
S3.1.6:在语义空间中计算s1和s2的相似度,从而判断两个答案是否语义相同。
更具体的,S3.1.6中,选取余弦相似度作为评价函数,计算公式为:
相似度的值的大小在[0,1]之间。
更具体的,S3中计算Sim2具体包括以下步骤:
S3.2.1:使用TF-IDF算法提取考生答案和参考答案的关键词,得到K1和K2-;
S3.2.2:基于《同义词词林扩展版》计算K1和K2中每两个关键词的相似度WordSim(C1,C2),WordSim(C1,C2)在[0,1]之间,计算公式为:
dis(C1,C2)=IC(C1)+IC(C2)-2IC(LCS(C1,C2))
式中,maxnodes表示词林里的全部节点的数量,为90114;IC(C)表示C的信息内容含量;LCS(A,B)表示的是A和B在词林中的最近公共父节点;MaxDIFF代表的是最大差异性,其值为2;MinDIFF则为最小差异性,值为0;dis(C1,C2)指的是两个词语的差异性,
S3.2.3:计算两个答案之间关键词相似度Sim2(K1,K2),其值大小范围为[0,1],计算公式为:
式中,KeyNum(K1,K2)是考生答案中含有参考答案关键词的数目。
更具体的,S3.2.2中,当WordSim(C1,C2)大于0.8,那么就判定为这两个词相等。
更具体的,S3中计算Sim3具体包括以下步骤:
S3.3.1:对情感词典的每个类别设置权重;
S3.3.2:遍历A(A为答案文本进行预处理后的结果),并将A的每个词与情感词典进行匹配以查看其类别,然后累加这些情感词的权重得到情感分数;
S3.3.3:计算情感相似度,计算公式为:
式中,Q1为考生答案的情感分数,Q2为参考答案的情感分数。
更具体的,S3.3.1中,正面词语的权重设置为1,负面词语的权重设置为-1。
更具体的,S3.3.3中,情感分数的初始分数为50。
更具体的,S4中,α、β、γ通过神经网络训练得出。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:使用中文分词工具分别对考生答案和参考答案进行分词,然后去除停用词、重复词、标点符号和特殊符号,并且让两组序列的长度一致,对应得到序列A1和序列A2;
S2:使用bert-as-service工具对A1、A2进行向量化处理,对应得到考生答案向量矩阵E1、参考答案向量矩阵E2;
S3:分别从E1、E2提取考生答案和参考答案的文本特征、关键词特征和情感特征进行相似度特征计算,对应得到文本相似度特征Sim1、关键词相似度特征Sim2、情感相似度特征Sim3;
S4:计算得出总分,完成自动评分,计算公式为:
Score=(a*Sim1+β*Sim2+γ*Sim3)*MaxScore
其中α、β、γ为特征对应的权重,MaxScore为设置的满分值。
2.根据权利要求1所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S1中通过在长度短的序列的末端填补字符<PAD>,从而使A1和A2长度一致。
3.根据权利要求1所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S3中计算Sim1具体包括以下步骤:
S3.1.1:利用卷积神经网络CNN对E1进行特征提取,其输出向量Ci作为CNN提取的单词级别的特征;
S3.1.2:利用双向长短期记忆网络LSTM对E1进行特征提取,其输出向量hi作为得到LSTM层提取到的单词级别的特征;
S3.1.3:对Ci、hi引入注意力机制,最后分别得到CNN提取的句子级别的语义向量表示Scnn和LSTM提取的句子级别的语义向量表示Slstm;
Scnn的计算公式为:
vi=tanh(WcCi+bc)
αi=softmax(Wαvi)
式中,vi是注意力输出,Wc、bc、Wα是模型参数,αi是CNN层的注意力权重;
Slstm的计算公式为:
ui=tanh(Whhi+bh)
βi=softmax(Wβui)
式中,ui是注意力输出,Wh、bh、Wβ是模型参数,βi是LSTM层的注意力权重;
S3.1.4:将Scnn和Slstm进行拼接,得到考生答案文本的语义表示s1[Scnn,Slstm];
S3.1.5:依照S3.1.1至S3.1.4对E2进行特征提取、引入注意力机制和拼接语义向量表示,从而得到参考答案文本的语义表示s2;
S3.1.6:在语义空间中计算s1和s2的相似度,从而判断两个答案是否语义相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S3中计算Sim2具体包括以下步骤:
S3.2.1:使用TF-IDF算法提取考生答案和参考答案的关键词,得到K1和K2-;
S3.2.2:基于《同义词词林扩展版》计算K1和K2中每两个关键词的相似度WordSim(C1,C2),WordSim(C1,C2)在[0,1]之间,计算公式为:
dis(C1,C2)=IC(C1)+IC(C2)-2IC(LCS(C1,C2))
式中,maxnodes表示词林里的全部节点的数量,为90114;IC(C)表示C的信息内容含量;LCS(A,B)表示的是A和B在词林中的最近公共父节点;MaxDIFF代表的是最大差异性,其值为2;MinDIFF则为最小差异性,值为0;dis(C1,C2)指的是两个词语的差异性,
S3.2.3:计算两个答案之间关键词相似度Sim2(K1,K2),其值大小范围为[0,1],计算公式为:
式中,KeyNum(K1,K2)是考生答案中含有参考答案关键词的数目。
6.根据权利要求5所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S3.2.2中,当WordSim(C1,C2)大于0.8,那么就判定为这两个词相等。
8.根据权利要求7所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S3.3.1中,正面词语的权重设置为1,负面词语的权重设置为-1。
9.根据权利要求7所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S3.3.3中,情感分数的初始分数为50。
10.根据权利要求1所述的一种基于多特征融合的主观题自动评分方法,其特征在于,S4中,α、β、γ通过神经网络训练得出。
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2020
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