基於非監督式學習之情感分析：結合近鄰傳播與凝聚層次聚類演算法

核心概念

本研究提出將近鄰傳播（AP）聚類演算法與凝聚層次聚類（AHC）結合，應用於推文情感分析，並與傳統 K-means 聚類演算法進行比較，結果顯示結合 AP 與 AHC 的方法在識別情感模式方面表現更優異。

摘要

文獻回顧

• 情感分析是自然語言處理（NLP）的一個子領域，旨在從文字資料中提取和分析情感、觀點和情緒。
• 監督式學習方法一直是情感分析的主要方法，但需要大量標註資料，成本高昂且耗時。
• 非監督式學習方法，例如自動關鍵字提取，不依賴標註資料進行訓練，因此具有更高的可擴展性和適應性。

研究方法

本研究比較了近鄰傳播（AP）聚類演算法、凝聚層次聚類（AHC）和 K-means 聚類演算法在文字分類方面的有效性。

• 資料預處理：合併資料集、去除雜訊（例如網址、主題標籤）、處理缺失值以及透過分詞、小寫化和去除停用詞來標準化文字。
• 特徵提取：使用詞頻-逆文件頻率（TF-IDF）向量化將文字資料轉換為適合聚類的數值格式。
• K-means 聚類：使用 Python Scikit-learn 庫中的「KMeans」函數實現，並設定為三個聚類。
• 近鄰傳播聚類：使用 Scikit-learn 庫中的「AffinityPropagation」函數實現，並針對資料集優化參數。
• 與凝聚層次聚類整合：將 AP 識別的樣本點進行 AHC，以迭代方式合併最相似的聚類，直到達到預定的聚類數量。

效能評估指標

• 輪廓係數（Silhouette Score）：衡量物件與自身聚類相比於其他聚類的相似程度，數值越高表示聚類效果越好。
• Calinski-Harabasz 指數：評估聚類間分散度與聚類內分散度之比，數值越高表示聚類效果越好。
• Davies-Bouldin 指數：衡量每個聚類與其最相似聚類的平均相似度之比，數值越低表示聚類效果越好。

結果與討論

• AP 與 AHC 結合的方法在所有指標上均優於 K-means 演算法，顯示其在形成連貫且獨特的情感聚類方面表現更出色。
• K-means 演算法執行速度較快，但 AP 與 AHC 結合的方法能更好地捕捉情感資料中的複雜模式。
• AP 與 AHC 結合的方法能夠識別情感的細微差異，例如正面、負面和中性，而 K-means 演算法則傾向於將情感分為較籠統的類別。

研究結論

本研究提出了一種可擴展且高效的非監督式學習框架，用於分析推文情感，並證明了 AP 與 AHC 結合的方法在情感分析任務中的有效性。未來研究方向包括擴展資料來源、納入上下文資訊以及與監督式學習方法進行比較。

统计

資料集包含從與公眾情緒相關的各種主題中收集的 500 條獨特推文。
Kaggle 推特資料集包含大約 27,500 條推文，根據其情緒（正面、負面、中性）進行標記。
使用 TF-IDF 向量化後，特徵矩陣從 (27981, 28645) 縮減為 (27,981, 100)。
K-means 演算法的平均執行時間為 301.50 秒。
AP 與 AHC 結合的方法的平均執行時間為 456.75 秒。
AP 單獨的平均執行時間為 49.763 秒。
AP 與 AHC 的輪廓係數為 0.173，K-means 的輪廓係數為 -0.333。
AP 與 AHC 的 Calinski-Harabasz 指數為 14.596，K-means 的 Calinski-Harabasz 指數為 0.971。
AP 與 AHC 的 Davies-Bouldin 指數為 1.961，K-means 的 Davies-Bouldin 指數為 5.334。

引用

"This research contributes to sentiment analysis and unsupervised learning in NLP using datasets from the referenced study [5], emphasizing innovative AI applications."
"By combining AP with AHC, this study enhances clustering quality and provides a hierarchical view of sentiment structures, marking a significant advancement in sentiment analysis by bridging traditional supervised methods with modern unsupervised techniques."

从中提取的关键见解

Enhancing Affinity Propagation for Improved Public Sentiment Insights

by Mayimunah Na... 在 arxiv.org 10-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.12862.pdf

更深入的查询

如何將本研究所提出的方法應用於其他類型的文字資料，例如新聞文章或產品評論？

本研究所提出的 Affinity Propagation 結合 Agglomerative Hierarchical Clustering 的非監督式情感分析方法，可以應用於其他類型的文字資料，例如新聞文章或產品評論，具體步驟如下：

資料預處理:

針對新聞文章或產品評論，需要根據其特點進行資料清洗和預處理。
例如，新聞文章需要去除標題、作者、時間等資訊，而產品評論需要去除與產品無關的內容。
此外，還需要進行分詞、去除停用詞、詞幹提取等標準文字預處理步驟。

特徵提取:

TF-IDF 是一種常用的文字特徵提取方法，適用於新聞文章和產品評論。
此外，還可以考慮使用 Word2Vec、GloVe 等詞嵌入模型來提取更豐富的語義特徵。

情感聚類:

使用 Affinity Propagation 算法對文字資料進行聚類，自動確定情感類別的數量。
然後，使用 Agglomerative Hierarchical Clustering 對聚類結果進行層次化，以便更好地理解不同情感類別之間的關係。

結果分析:

根據聚類結果，分析不同情感類別的特點，例如正面情感、負面情感、中性情感等。
可以結合具體的應用場景，對情感類別進行更細緻的劃分，例如對於產品評論，可以劃分為好評、差評、中評等。

需要注意的是，不同類型的文字資料具有不同的特點，例如新聞文章通常比較客觀，而產品評論則更為主觀。因此，在應用本研究所提出的方法時，需要根據具體的資料特點進行調整和優化。

在處理具有文化差異或語言特點的資料時，非監督式情感分析方法可能會遇到哪些挑戰？

在處理具有文化差異或語言特點的資料時，非監督式情感分析方法可能會遇到以下挑戰：

語言差異: 不同的語言具有不同的語法結構、詞彙表達和情感表達方式。例如，中文的“呵呵”在不同語境下可以表達不同的情感，而英文中很難找到一個完全對應的詞語。
文化差異: 不同的文化背景下，人們對同一事物的情感傾向可能不同。例如，在一些文化中，紅色代表喜慶，而在另一些文化中，紅色則代表危險。
資料稀疏性: 對於一些小語種或方言，缺乏足夠的訓練資料，導致模型難以學習到準確的情感表達模式。
新詞和網路用語: 社交媒體和網路平台上不斷湧現新的詞彙和表達方式，非監督式情感分析方法需要不斷更新詞典和模型，才能準確識別這些新詞和網路用語的情感傾向。

為了解決這些挑戰，可以考慮以下方法：

構建多語言情感詞典: 收集和整理不同語言的情感詞彙，並標註其情感傾向。
開發跨語言情感分析模型: 利用機器翻譯技術或跨語言詞嵌入模型，將不同語言的文字轉換到同一語義空間，然後進行情感分析。
結合文化背景資訊: 在進行情感分析時，考慮使用者的文化背景資訊，例如國籍、地區、語言等。
利用半監督學習和遷移學習: 利用少量標註資料和大量未標註資料，訓練更準確的情感分析模型。

如何結合使用者情感分析結果，設計更人性化和個性化的互動式系統？

結合使用者情感分析結果，可以從以下幾個方面設計更人性化和個性化的互動式系統：

個性化內容推薦:

根據使用者情感分析結果，推薦符合其當前情緒和興趣的內容。
例如，如果系統檢測到使用者情緒低落，可以推薦一些輕鬆愉快的音樂或影片。

情感化的互動方式:

系統可以根據使用者情感狀態，調整互動方式和語氣，例如使用更溫和的語氣與情緒低落的使用者交流。
還可以利用表情符號、動畫等元素，使互動更加生動有趣。

智慧化的客戶服務:

利用情感分析技術，可以自動識別客戶的情緒狀態，並根據不同的情緒狀態提供個性化的服務。
例如，對於情緒激動的客戶，可以優先安排人工客服進行處理。

輔助決策:

在一些需要使用者做出決策的場景，例如購物、投資等，系統可以根據使用者情感分析結果，提供更合理的決策建議。
例如，如果系統檢測到使用者在購物時猶豫不決，可以推薦一些評價較高的產品。

總之，結合使用者情感分析結果，可以設計更加人性化和個性化的互動式系統，提升使用者體驗，增強使用者黏性。