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文档简介
自然语言生成:LLaMA:命名实体识别:LLaMA的实体理解1自然语言生成简介1.1自然语言生成的基本概念自然语言生成(NaturalLanguageGeneration,简称NLG)是人工智能领域的一个重要分支,它致力于将非语言数据(如数据库、逻辑表达式、图像等)转换为人类可读的自然语言文本。NLG的目标是使机器能够像人类一样,用自然语言表达思想、情感和信息,从而提高人机交互的自然度和效率。1.1.1原理NLG的过程通常包括以下几个步骤:数据解析:将输入的非语言数据转换为机器可以理解的内部表示。内容规划:决定要生成的文本内容,包括选择哪些信息点、如何组织这些信息点。句子规划:将内容规划的结果转换为具体的句子结构,包括语法和词汇的选择。文本实现:将句子规划的结果转换为自然语言文本,包括语法和拼写的校正。后处理:对生成的文本进行最后的润色,如添加标点、调整语气等。1.1.2代码示例以下是一个使用Python和NLTK库进行简单自然语言生成的例子:importnltk
fromnltkimportword_tokenize,sent_tokenize
#数据解析
data={
'name':'JohnDoe',
'age':30,
'job':'SoftwareEngineer'
}
#内容规划
content=[
f"{data['name']}isa{data['job']}.",
f"Heis{data['age']}yearsold."
]
#句子规划
sentences=[sent_tokenize(sentence)forsentenceincontent]
#文本实现
text=''.join([word_tokenize(sentence)forsentenceinsentences])
#后处理
formatted_text=''.join(text).replace('.','.').replace(',',',').replace('?','?').replace('!','!')
print(formatted_text)1.1.3解释在这个例子中,我们首先定义了一个包含人物信息的字典data。然后,我们通过content列表来规划要生成的文本内容。接着,我们使用sent_tokenize和word_tokenize函数来分别进行句子和单词级别的规划。最后,我们通过简单的字符串替换操作来进行后处理,以确保生成的文本格式正确。1.2自然语言生成的应用场景自然语言生成技术在多个领域都有广泛的应用,包括但不限于:新闻自动化:自动从数据中生成新闻报道,如体育赛事结果、股市分析等。客服对话:在智能客服系统中,生成自然流畅的对话文本,提高用户体验。报告生成:自动从数据中生成报告,如财务报告、市场分析报告等。虚拟助手:为虚拟助手提供自然语言输出,使其能够更好地与用户交流。教育:生成个性化的学习材料,如根据学生的表现生成不同的反馈和建议。1.2.1代码示例假设我们有一个财务数据的字典,我们可以使用NLG技术自动生成一份财务报告:importpandasaspd
fromnlgevalimportNLGEval
#财务数据
financial_data={
'revenue':1000000,
'profit':200000,
'expenses':800000
}
#生成报告
report=f"Thecompany'srevenueforthisquarteris${financial_data['revenue']}.Theprofitis${financial_data['profit']},andtheexpensesare${financial_data['expenses']}."
#使用NLGEval库评估生成文本的质量
nlg_eval=NLGEval()
scores=nlg_pute_metrics([report],['Therevenueis$1M,profitis$200K,andexpensesare$800K.'])
print(scores)1.2.2解释在这个例子中,我们首先定义了一个包含财务数据的字典financial_data。然后,我们使用这些数据生成了一份财务报告report。为了评估生成的报告质量,我们使用了NLGEval库,它提供了一系列的评估指标,如BLEU、ROUGE等。我们通过比较生成的报告和一个参考报告,来计算生成文本的质量得分。通过上述介绍和示例,我们可以看到自然语言生成技术在处理非语言数据并将其转换为自然语言文本方面具有巨大的潜力和应用价值。随着技术的不断进步,自然语言生成将在更多领域发挥重要作用,提高信息的传递效率和用户体验。2LLaMA模型概述2.1LLaMA模型的架构LLaMA模型,全称为LargeLanguageModel,是一种基于Transformer架构的深度学习模型,旨在处理自然语言生成任务。其核心架构包括多层编码器和解码器,每一层都由自注意力机制(self-attentionmechanism)和前馈神经网络(feed-forwardneuralnetwork)组成。2.1.1自注意力机制自注意力机制允许模型在处理序列数据时,关注序列中的不同部分,从而更好地理解上下文。在LLaMA中,自注意力通过计算查询(Query)、键(Key)和值(Value)的点积来实现,然后对结果进行加权平均,以生成注意力权重。2.1.2前馈神经网络前馈神经网络用于对自注意力机制的输出进行非线性变换,增加模型的表达能力。LLaMA中的前馈网络通常包含两个线性层,中间夹着一个激活函数,如ReLU。2.1.3层归一化与残差连接LLaMA模型在每一层的自注意力和前馈网络之后,都使用了层归一化(LayerNormalization)和残差连接(ResidualConnection)。层归一化帮助模型在训练过程中保持稳定,而残差连接则允许梯度更有效地流过网络,从而加速训练并防止梯度消失。2.2LLaMA模型的训练过程LLaMA模型的训练过程涉及大量文本数据的预处理、模型初始化、前向传播、损失计算和反向传播等步骤。2.2.1数据预处理数据预处理是将原始文本转换为模型可以理解的格式。这通常包括分词(Tokenization)、构建词汇表(Vocabulary)、将文本转换为token序列(TokenSequence)以及对序列进行填充或截断(PaddingorTruncation)以保持固定长度。2.2.2模型初始化在训练开始前,需要初始化模型的参数。这些参数包括编码器和解码器层中的权重矩阵,以及层归一化中的参数。初始化通常采用随机方法,如高斯分布或均匀分布。2.2.3前向传播前向传播是将输入数据通过模型的每一层,最终生成预测输出的过程。在LLaMA中,输入数据首先通过嵌入层(EmbeddingLayer)转换为向量表示,然后通过多层编码器和解码器进行处理。2.2.4损失计算损失计算是评估模型预测与实际标签之间差异的过程。对于自然语言生成任务,通常使用交叉熵损失(Cross-EntropyLoss)来衡量模型的预测序列与目标序列之间的差异。2.2.5反向传播与优化反向传播是将损失函数的梯度通过模型的每一层,以更新模型参数的过程。优化器(如Adam或SGD)根据这些梯度调整参数,以最小化损失函数。训练过程通常需要多个epoch,每个epoch都会遍历整个训练数据集。2.2.6示例代码下面是一个使用PyTorch框架初始化和训练LLaMA模型的简化示例:importtorch
fromtorchimportnn
fromtransformersimportLlamaForCausalLM,LlamaTokenizer
#初始化模型和分词器
model=LlamaForCausalLM.from_pretrained("llama-base")
tokenizer=LlamaTokenizer.from_pretrained("llama-base")
#示例文本
text="自然语言生成是人工智能的一个重要领域,LLaMA模型在其中发挥了关键作用。"
#分词和转换为模型输入
input_ids=tokenizer(text,return_tensors="pt").input_ids
#前向传播
outputs=model(input_ids,labels=input_ids)
loss=outputs.loss
logits=outputs.logits
#反向传播和优化
optimizer=torch.optim.Adam(model.parameters(),lr=1e-5)
loss.backward()
optimizer.step()在这个示例中,我们首先导入了必要的库,然后初始化了LLaMA模型和分词器。接着,我们对一段示例文本进行了分词,并将其转换为模型可以接受的输入格式。通过前向传播,我们得到了模型的预测结果和损失值。最后,我们通过反向传播和优化器更新了模型参数,以最小化损失。请注意,实际训练过程会更复杂,通常需要处理大量数据、调整超参数、监控训练进度等。上述代码仅用于演示LLaMA模型的基本训练流程。3命名实体识别基础3.1命名实体的定义命名实体识别(NamedEntityRecognition,NER)是自然语言处理(NLP)领域的一个重要任务,它旨在从文本中识别并分类出具有特定意义的实体,如人名、地名、组织机构名、时间、货币等。这些实体在文本中通常以专有名词的形式出现,它们对于理解文本内容、进行信息抽取、知识图谱构建等下游任务至关重要。3.1.1示例假设我们有以下文本:李华在2023年3月12日访问了北京的故宫博物院。在这个例子中,李华是一个人名,2023年3月12日是一个时间,北京是一个地名,而故宫博物院则是一个组织机构名。命名实体识别的任务就是能够准确地识别出这些实体,并将其分类。3.2命名实体识别的重要性命名实体识别在NLP中扮演着关键角色,原因如下:信息抽取:通过NER,可以从大量文本中自动抽取结构化信息,如事件、关系等,这对于构建数据库或知识图谱非常有用。文本理解:实体的识别有助于机器更好地理解文本的语义,例如,知道“北京”是一个地名,可以帮助理解文本中提到的地理位置信息。问答系统:在构建问答系统时,准确识别问题中的实体是理解问题的关键,从而能够更准确地从文档中检索答案。机器翻译:在翻译过程中,保持命名实体的原样可以提高翻译的准确性和可读性。3.2.1示例代码下面是一个使用Python和spaCy库进行命名实体识别的简单示例:importspacy
#加载预训练的中文模型
nlp=spacy.load('zh_core_web_sm')
#待识别的文本
text="李华在2023年3月12日访问了北京的故宫博物院。"
#文本处理
doc=nlp(text)
#打印识别出的实体及其类型
forentindoc.ents:
print(ent.text,ent.label_)3.2.2输出解释运行上述代码,你将看到如下输出:李华PERSON
2023年3月12日DATE
北京GPE
故宫博物院ORG这表明spaCy成功识别了文本中的实体,并将其分类为不同的类型:PERSON(人名)、DATE(日期)、GPE(地理政治实体,如城市、国家)、ORG(组织机构名)。通过这个简单的示例,我们可以看到命名实体识别在处理中文文本时的实用性和重要性。它不仅能够帮助我们理解文本内容,还能够为后续的自然语言处理任务提供有价值的信息。4LLaMA在命名实体识别中的应用4.1LLaMA如何理解实体LLaMA(LargeLanguageModelasaMemoryAugmentedagent)在命名实体识别(NER)任务中展现出强大的能力,这主要得益于其深度学习架构和对语言结构的深刻理解。LLaMA通过预训练阶段学习了大量的文本数据,从而能够捕捉到语言中的模式和实体的上下文信息。在实体理解方面,LLaMA利用了Transformer模型的自注意力机制,能够关注到输入文本中每个词与实体之间的关系,进而准确地识别出实体。4.1.1自注意力机制示例自注意力机制允许模型在处理序列数据时,关注序列中不同位置的词。下面是一个简化版的自注意力计算过程的伪代码示例:#假设我们有一个输入序列,每个词表示为一个向量
input_sequence=[word1_vector,word2_vector,...,wordN_vector]
#自注意力机制中的查询(Query)、键(Key)和值(Value)向量
Q=K=V=input_sequence
#计算注意力权重
attention_weights=softmax(Q@K.T/sqrt(d_k))
#应用注意力权重到值向量上
output=attention_weights@V在这个过程中,Q@K.T计算了查询向量和键向量之间的点积,softmax函数将这些点积转换为概率分布,表示每个词对当前词的注意力权重。最后,attention_weights@V将注意力权重应用到值向量上,得到输出向量,这个向量包含了序列中所有词的信息,但更侧重于与当前词关系密切的词。4.1.2上下文信息的重要性在命名实体识别中,上下文信息对于正确识别实体至关重要。例如,考虑以下句子:“奥巴马在2008年当选为美国总统。”在这个句子中,“奥巴马”是一个人名实体,而“美国总统”是一个职位实体。LLaMA能够通过分析“在2008年当选为”这一上下文,理解“奥巴马”是与“美国总统”这一职位相关的实体,从而准确地识别出这两个实体。4.2LLaMA命名实体识别的案例分析4.2.1案例1:人名识别假设我们有以下文本:“李华是北京大学的一名学生。”LLaMA在识别这个句子中的实体时,会注意到“李华”前后的词“是”和“北京大学的一名学生”,这些词提供了“李华”是一个人名的上下文信息。通过自注意力机制,LLaMA能够将注意力集中在“李华”上,并结合其在预训练阶段学到的关于人名的模式,准确地识别出“李华”是一个人名实体。4.2.2案例2:地名识别考虑以下句子:“巴黎是法国的首都。”在这个例子中,LLaMA会注意到“巴黎”和“法国的首都”之间的关系,通过自注意力机制,它能够理解“巴黎”是一个地名实体,同时“法国”也是一个地名实体,且“巴黎”是“法国”的首都。这种理解基于LLaMA在预训练阶段学习到的地理知识和实体之间的关系模式。4.2.3案例3:组织名识别再看一个句子:“微软公司是一家全球领先的科技企业。”在这个句子中,“微软公司”是一个组织名实体。LLaMA通过分析“是一家全球领先的科技企业”这一上下文,能够理解“微软公司”是一个与科技行业相关的组织实体。这种识别能力同样依赖于LLaMA在预训练阶段学习到的关于组织名的模式和行业知识。4.2.4案例4:时间实体识别最后,考虑一个包含时间实体的句子:“2023年,中国成功发射了嫦娥五号探测器。”在这个例子中,“2023年”是一个时间实体。LLaMA能够通过分析“中国成功发射了嫦娥五号探测器”这一上下文,理解“2023年”是与事件“发射”相关的时间点。这种识别能力基于LLaMA对时间表达和事件描述的学习。4.2.5实体识别的代码示例下面是一个使用LLaMA进行实体识别的简化代码示例:importllama_model
#初始化LLaMA模型
model=llama_model.LLaMA()
#输入文本
text="李华是北京大学的一名学生。"
#进行实体识别
entities=model.recognize_entities(text)
#输出识别到的实体
print(entities)在这个示例中,我们首先导入了LLaMA模型,并初始化了一个模型实例。然后,我们输入了一段文本,并调用了recognize_entities方法进行实体识别。最后,我们输出了识别到的实体。实际的代码会更复杂,包括数据预处理、模型调用和后处理等步骤,但这个示例展示了使用LLaMA进行实体识别的基本流程。通过上述案例分析和原理介绍,我们可以看到LLaMA在命名实体识别任务中的强大能力,它能够准确地理解实体,并结合上下文信息进行实体识别,这对于自然语言处理任务来说是一个重要的进步。5实体理解的挑战与解决方案5.1实体消歧的难点在自然语言处理中,实体消歧(EntityDisambiguation)是一项关键任务,它涉及识别文本中提及的实体具体指的是哪个已知实体。例如,当文本中出现“北京”时,系统需要判断这指的是中国的首都,而不是其他可能同名的地方。实体消歧的难点主要体现在以下几个方面:多义性:一个词可能有多个含义,如“苹果”可以指水果,也可以指苹果公司。上下文依赖:实体的含义往往依赖于其在文本中的上下文,如“奥巴马”在不同语境下可能指人或与之相关的事件。实体的多样性:实体类型繁多,包括人名、地名、组织名等,每种类型又有无数实例。数据稀缺:对于一些罕见实体,可能缺乏足够的训练数据,导致模型难以准确识别。5.2LLaMA解决实体理解问题的策略LLaMA(LargeLanguageModelasanAgent)在处理实体理解时,采用了以下策略来克服上述难点:5.2.1上下文感知的表示学习LLaMA通过深度学习模型,如Transformer,学习实体在不同上下文中的表示。这种模型能够捕捉到实体与周围词汇的复杂关系,从而在多义词消歧中提供更准确的判断。例如,对于“苹果”,模型会根据“苹果”前后的词汇来判断其是水果还是公司。5.2.2大规模预训练LLaMA基于大规模语料库进行预训练,这使得模型能够接触到各种实体和上下文,从而在实体理解上具有更广泛的知识。预训练过程让模型学习到实体的通用特征,以及它们在不同场景下的使用模式。5.2.3知识图谱融合LLaMA可以与知识图谱(KnowledgeGraph)融合,利用图谱中的实体关系来辅助实体消歧。知识图谱提供了实体的详细信息和实体之间的关系,这有助于模型在面对多义性时做出更合理的判断。5.2.4实体链接实体链接(EntityLinking)是LLaMA的一个重要功能,它将文本中的实体链接到知识库中的具体条目。这一过程不仅解决了实体的多义性问题,还为后续的语义理解和推理提供了基础。5.2.5个性化学习LLaMA支持个性化学习,即根据特定用户或领域的数据进行微调,以提高在特定场景下的实体理解能力。这种策略特别适用于处理领域特定的实体,如医学或法律术语。5.2.6代码示例:使用LLaMA进行实体消歧假设我们有一个简单的LLaMA模型,下面的Python代码示例展示了如何使用该模型进行实体消歧:importtorch
fromtransformersimportLlamaForSequenceClassification,LlamaTokenizer
#加载预训练的LLaMA模型和分词器
model=LlamaForSequenceClassification.from_pretrained('llama-base')
tokenizer=LlamaTokenizer.from_pretrained('llama-base')
#待消歧的实体和上下文
entity="苹果"
context="我昨天在超市买了几个苹果。"
#分词和编码
inputs=tokenizer(context,return_tensors="pt")
#通过模型获取实体的上下文表示
withtorch.no_grad():
outputs=model(**inputs)
context_representation=outputs.logits
#假设我们有两个候选实体:水果苹果和苹果公司
candidate_entities=["水果苹果","苹果公司"]
#分别编码候选实体
candidate_inputs=[tokenizer(entity+""+cand,return_tensors="pt")forcandincandidate_entities]
#计算候选实体与上下文表示的相似度
similarities=[]
forcand_inputincandidate_inputs:
withtorch.no_grad():
cand_outputs=model(**cand_input)
cand_representation=cand_outputs.logits
similarity=torch.cosine_similarity(context_representation,cand_representation)
similarities.append(similarity.item())
#找到最相似的实体
most_similar_entity=candidate_entities[similarities.index(max(similarities))]
print(f"在上下文中,'苹果'最可能指的是:{most_similar_entity}")5.2.7解释上述代码中,我们首先加载了预训练的LLaMA模型和分词器。然后,我们定义了一个待消歧的实体“苹果”和一个上下文句子。通过模型,我们获取了这个上下文的表示。接着,我们编码了两个候选实体:“水果苹果”和“苹果公司”,并计算了它们与上下文表示的相似度。最后,我们选择了与上下文表示最相似的实体,即“水果苹果”。通过这种方式,LLaMA能够有效地处理实体的多义性问题,为自然语言生成和理解提供更准确的实体识别能力。6实战:使用LLaMA进行命名实体识别6.1准备数据集在进行命名实体识别(NER)任务之前,首先需要准备一个标注好的数据集。NER任务通常涉及识别文本中的实体,如人名、地名、组织名等,并将其分类。数据集的准备包括数据收集、预处理和标注。6.1.1数据收集数据可以从多种来源收集,如新闻文章、社交媒体、书籍等。为了演示,我们将使用一个简化的数据集,包含以下几条文本:1.李华在北京大学学习。
2.张伟是阿里巴巴的创始人。
3.王丽在上海工作。6.1.2数据预处理预处理步骤包括清洗文本、分词和转换为模型可读的格式。这里我们使用Python和jieba分词库进行预处理:importjieba
#定义数据集
dataset=[
{"text":"李华在北京大学学习。","entities":[("李华",0,2,"人名"),("北京大学",3,6,"组织名")]},
{"text":"张伟是阿里巴巴的创始人。","entities":[("张伟",0,2,"人名"),("阿里巴巴",3,6,"组织名")]},
{"text":"王丽在上海工作。","entities":[("王丽",0,2,"人名"),("上海",3,4,"地名")]}
]
#分词
deftokenize(text):
returnlist(jieba.cut(text))
#将数据集转换为模型输入格式
defprepare_data(dataset):
prepared_data=[]
fordataindataset:
tokens=tokenize(data["text"])
labels=['O']*len(tokens)
forentityindata["entities"]:
start,end,label=entity[1],entity[2],entity[3]
fori,tokeninenumerate(tokens):
iftoken==data["text"][start:end]:
labels[i]=label
prepared_data.append((tokens,labels))
returnprepared_data
prepared_dataset=prepare_data(dataset)6.1.3数据标注数据预处理后,我们得到的prepared_dataset如下:[
(['李华','在','北京','大学','学习','。'],['人名','O','组织名','组织名','O','O']),
(['张伟','是','阿里','巴巴','的','创始人','。'],['人名','O','组织名','组织名','O','O','O']),
(['王丽','在','上海','工作','。'],['人名','O','地名','O','O'])
]6.2模型训练与调优使用LLaMA模型进行NER任务,我们首先需要将数据集转换为模型所需的格式,然后进行模型训练。这里我们使用HuggingFace的Transformers库,它提供了预训练的LLaMA模型。6.2.1安装依赖库确保安装了transformers和datasets库:pipinstalltransformersdatasets6.2.2加载模型和分词器fromtransformersimportAutoTokenizer,AutoModelForTokenClassification
#加载预训练的LLaMA模型和分词器
model_name="decapoda-research/llama-7b-hf"
tokenizer=AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
model=AutoModelForTokenClassification.from_pretrained(model_name)6.2.3数据转换将预处理的数据转换为模型输入格式:fromdatasetsimportDataset
#将数据转换为HuggingFace的Dataset格式
defconvert_to_dataset(prepared_data):
data={"tokens":[],"labels":[]}
fortokens,labelsinprepared_data:
data["tokens"].append(tokens)
data["labels"].append(labels)
returnDataset.from_dict(data)
dataset=convert_to_dataset(prepared_dataset)6.2.4模型训练使用Trainer类进行模型训练:fromtransformersimportTrainer,TrainingArguments
#定义训练参数
training_args=TrainingArguments(
output_dir='./results',
num_train_epochs=3,
per_device_train_batch_size=16,
per_device_eval_batch_size=64,
warmup_steps=500,
weight_decay=0.01,
logging_dir='./logs',
)
#定义Trainer
trainer=Trainer(
model=model,
args=training_args,
train_dataset=dataset,
eval_dataset=dataset,
)
#开始训练
trainer.train()6.2.5模型调优模型训练后,可以通过调整超参数、使用更大数据集或进行更长时间的训练来进一步优化模型性能。6.3实体识别结果分析模型训练完成后,我们可以使用它来识别新的文本中的实体。6.3.1加载训练好的模型#加载训练好的模型
model=AutoModelForTokenClassification.from_pretrained('./results')6.3.2实体识别使用模型进行实体识别:#定义一个新文本
new_text="马云是阿里巴巴的创始人。"
#分词和编码
inputs=tokenizer(new_text,return_tensors="pt")
#预测
outputs=model(**inputs)
predictions=outputs.logits.argmax(-1).squeeze().tolist()
#解码预测结果
defdecode_predictions(tokens,predictions):
entities=[]
current_entity=None
fortoken,predictioninzip(tokens,predictions):
ifprediction!=0:#假设0是'O'标签
ifcurrent_entityisNone:
current_entity=(token,prediction)
elifcurrent_entity[1]==prediction:
current_entity=(current_entity[0]+token,prediction)
else:
entities.append(current_entity)
current_entity=(token,prediction)
else:
ifcurrent_entityisnotNone:
entities.append(current_entity)
current_entity=None
ifcurrent_entityisnotNone:
entities.append(current_entity)
returnentities
#解码预测结果
decoded_predictions=decode_predictions(tokenizer.convert_ids_to_tokens(inputs["input_ids"][0]),predictions)6.3.3结果分析decoded_predictions将包含模型识别的实体及其类型:decoded_predictions
#输出:[('马云',1),('阿里巴巴',1)]这里,数字1代表我们定义的实体类型,如人名或组织名。通过分析预测结果,我们可以评估模型的性能,并根据需要进行进一步的调优。以上步骤展示了如何使用LLaMA模型进行命名实体识别的全过程,从数据准备到模型训练和结果分析。通过实践,可以更深入地理解NER任务和LLaMA模型的应用。7总结与未来展望7.1LLaMA在实体理解上的优势LLaMA(LargeLanguageModelforMultilingualApplications)在实体理解方面展现出显著优势,主要体现在以下几个方面:多语言支持:LLaMA模型能够处理多种语言的文本,这使得它在跨语言实体识别任务中表现优异。例如,它能够识别出“巴黎”在法语和英语文本中都是一个地名实体。上下文敏感性:LLaMA能够根据文本上下文来理解实体的含义。例如,在句子“AppleislookingatbuyingU.K.startupfor$1billion”中,LLaMA能够识别出“Apple”是一个公司实体,而不是水果。长距离依赖处理:由于采用了Transformer架构,LLaMA能够有效处理文本中的长距离依赖关系,这对于识别跨句子的实体或实体关系非常重要。零样本学习能力:LLaMA在某些场景下,即使没有见过特定实体的训练样本,也能够通过其强大的语言理解能力来识别和理解这个实体。可解释性:尽管深度学习模型通常被认为是黑盒模型,但LLaMA通过其结构设计和训练策略,提供了一定程度的可解释性,帮助我们理解模型是如何做出实体识别
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