Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực Xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP), việc phân tích cảm xúc từ văn bản trên các nền tảng mạng xã hội đóng vai trò thiết thực trong việc khai thác ý kiến, quan điểm của người dùng nhằm phục vụ nghiên cứu xã hội học và hỗ trợ doanh nghiệp phát triển sản phẩm. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống phân loại cảm xúc truyền thống hoặc các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) hiện nay vẫn chủ yếu tập trung vào việc đánh giá sắc thái cảm xúc tổng thể của toàn bộ câu (sentence-level sentiment) mà chưa giải quyết triệt để bài toán nhận diện cảm xúc theo từng đối tượng cụ thể được đề cập trong câu. Ngôn ngữ mạng xã hội tiếng Việt có đặc thù phức tạp với nhiều từ lóng, cấu trúc phi ngữ cảnh, và thường xuyên chứa nhiều thực thể cùng tồn tại với các sắc thái cảm xúc đối lập trong cùng một phát ngôn.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Võ Chơn Chánh (chuyên ngành Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Công nghệ Thông tin - ĐHQG-HCM, năm 2024, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Lưu Thùy Ngân và ThS. Lưu Thanh Sơn) tập trung giải quyết bài toán phân tích cảm xúc có cấu trúc nhắm mục tiêu (Target-oriented emotion detection) cho dữ liệu tiếng Việt. Đề tài mở rộng phân tích mối quan hệ đa chiều giữa các thành phần ý kiến thay vì chỉ nhận diện cảm xúc đơn lẻ.

Nghiên cứu xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể như sau:

  1. Xây dựng bài toán nhận diện cảm xúc theo cấu trúc bộ tứ ý kiến gồm: Nguồn gốc chủ thể bày tỏ ($Source/Holder$), Đối tượng chịu tác động ($Target$), Biểu thức cảm xúc/quan điểm ($Expression/Polar_Expression$), và Độ phân cực cảm xúc ($Polarity$).
  2. Thiết lập quy trình chuẩn hóa và xây dựng bộ ngữ liệu tiếng Việt được gán nhãn chi tiết theo mô hình đồ thị phụ thuộc (Sentiment Graph), xử lý các mối liên kết phức tạp dạng $nSource - nTarget$ và ${nH - {(nE/P - nT)}}$.
  3. Xây dựng tài liệu hướng dẫn gán nhãn (Annotation Guideline), đo lường độ đồng thuận giữa các người gán nhãn và thực hiện kiểm chứng chéo.
  4. Thiết kế kiến trúc mô hình học sâu kết hợp giữa các mô hình ngôn ngữ tiền huấn luyện (Pre-trained Language Models) với đồ thị phụ thuộc song tuyến tính (Bi-affine dependency graph parsing).
  5. Thực nghiệm, so sánh hiệu năng của nhiều mô hình ngôn ngữ (mBERT, XLM-R, PhoBERT, VisoBERT, CafeBERT) và thực hiện phân tích lỗi chi tiết trên ngữ liệu tiếng Việt.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các bình luận tiếng Việt thu thập từ mạng xã hội có cấu trúc đa cảm xúc và đa thực thể.
  • Phạm vi dữ liệu: Bộ dữ liệu gồm 11.010 câu (kết hợp tái gán nhãn 6.000 câu từ tập dữ liệu UIT-VSMEC và thu thập mới 5.010 câu từ Facebook, YouTube).
  • Phạm vi mô hình: Đánh giá các biến thể của 5 mô hình ngôn ngữ (mBERT, XLM-R, PhoBERT, VisoBERT, CafeBERT) dưới các cơ chế biểu diễn đồ thị Head-first, Head-final và cơ chế mở rộng nhãn phụ thuộc nội bộ (+ in label).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình bài toán

Nghiên cứu kế thừa khung phân tích ý kiến của Jindal và Liu, chuẩn hóa cấu trúc thông tin của một bình luận thành tập hợp các bộ tứ $Tuple = (Holder, Target, Expression, Polarity)$:

  • Source/Holder ($S$): Nguồn gốc chủ thể phát ngôn, có thể xuất hiện tường minh dưới dạng đại từ nhân xưng ngôi thứ nhất, danh từ riêng, cụm danh từ sở hữu hoặc ngầm định là chính tác giả bình luận.
  • Target ($T$): Thực thể, cá nhân, tập thể, sự vật hoặc hiện tượng được hướng tới để bày tỏ cảm xúc.
  • Expression ($E$): Cụm từ mang tính chất đánh giá, bộc lộ trạng thái cảm xúc hoặc thái độ của người nói.
  • Polarity ($P$): Hướng phân cực cảm xúc gắn liền với biểu thức và đối tượng, gồm 3 mức: Tích cực (Positive), Tiêu cực (Negative), và Trung tính (Neutral).

Mô hình hóa cấu trúc trên được thực hiện dựa trên lý thuyết phân tích cú pháp đồ thị phụ thuộc (Dependency Graph Parsing) theo thuật toán của Dozat & Manning kết hợp các nghiên cứu của Kurtz et al. và Barnes et al. Trong đồ thị cảm xúc có hướng, các token tương ứng với các nút, biểu thức cảm xúc ($Polar_expression$) đóng vai trò là nút gốc (root), từ đó kết nối với các nút chủ thể ($Holder$) và đối tượng ($Target$).

Tác giả áp dụng hai chiến lược chọn nút gốc:

  • Head-first: Chọn token đầu tiên của span biểu thức cảm xúc làm nút gốc, và token đầu tiên của span chủ thể/đối tượng làm nút đầu (head) đại diện.
  • Head-final: Chọn token cuối cùng của span biểu thức cảm xúc làm nút gốc, và token cuối cùng của span chủ thể/đối tượng làm nút đầu đại diện.

Phương pháp nghiên cứu và kiến trúc mô hình

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm khoa học dữ liệu với quy trình kiến trúc mô hình học sâu như sau:

  1. Trích xuất đặc trưng đa tầng (Concatenation Contextualized Embeddings): Mỗi token đầu vào được biểu diễn thông qua việc kết hợp (concatenation) 5 thành phần: Embedding ngữ cảnh từ mô hình BERT (mBERT, XLM-R, PhoBERT, VisoBERT, CafeBERT), Word2Vec skip-gram embedding (NLPL), POS Tag embedding, Lemma embedding, và Character embedding (được huấn luyện qua mạng LSTM mức ký tự).
  2. Xử lý ngữ cảnh chuỗi: Vector biểu diễn tổng hợp được đưa qua mạng BiLSTM 3 lớp (hidden dimension 200) để học biểu diễn ngữ cảnh hai chiều.
  3. Bộ phân loại đồ thị song tuyến tính (Bi-affine Parser): Sử dụng hai mạng nơ-ron truyền thẳng riêng biệt $FNN_{head}$ và $FNN_{dep}$ để tạo vector đại diện cho nút đầu ($h_i$) và nút phụ thuộc ($d_j$). Điểm số cho từng cặp cung được tính toán bằng phép biến đổi song tuyến tính qua tensor tham số $U$: $$\text{Score}(h_i, d_j) = h_i^T U d_j$$
Siêu tham số mô hình Giá trị thiết lập
Số epoch huấn luyện 60 epochs
Kích thước batch (Batch size) 60
Tối ưu hóa / Tỷ lệ học (Learning rate) $\beta_1 = 0$, $\beta_2 = 0.95$, $lr = 3.00\text{E-}09$
Ẩn LSTM / Ẩn Character LSTM 200 / 100
Số lớp BiLSTM 3
Kích thước MLP / Kích thước Embedding 200 / 100
Tỷ lệ loại bỏ (Dropout main recurrent / main FF) 0.2 / 0.4

Độ đo đánh giá

Hệ thống sử dụng các độ đo học máy tiêu chuẩn:

  • Token-F1: Đo lường độ chính xác phân loại từng thành phần riêng lẻ (Holder, Target, Expression) ở mức độ token.
  • Targeted F1 ($F1\text{-}I$): Đánh giá việc trích xuất chính xác đồng thời cả mục tiêu (Target) và độ phân cực (Polarity).
  • Parsing Graph Metrics: Gồm $UF1$ (Unlabeled F1 - độ chính xác của các cung không nhãn) và $LF1$ (Labeled F1 - độ chính xác của các cung có nhãn).
  • Sentiment Graph Metrics: Gồm $NSF1$ (Non-polar Sentiment Graph F1 - đánh giá bộ ba $Holder, Target, Expression$ không phân cực) và $SF1$ (Sentiment Graph F1 - đánh giá toàn diện đồ thị cảm xúc có phân cực).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc nhận diện cảm xúc theo đối tượng trong bối cảnh các mô hình ngôn ngữ lớn còn nhiều hạn chế khi phân tích các câu tiếng Việt chứa tiếng lóng và ngữ điệu phức tạp. Tác giả tổng hợp các công trình quốc tế tiêu biểu như nghiên cứu phân tích cảm xúc theo đồ thị phụ thuộc của Kurtz et al., Barnes et al. trên các bộ dữ liệu đa ngôn ngữ (DS_Unit, MPQA, NoReCFine, MultiBooked), cũng như các nghiên cứu trong nước về phân loại cảm xúc (UIT-VSMEC của nhóm tác giả nghiên cứu [5]) và nhận diện khía cạnh (ABSA). Qua đó, chương chỉ rõ khoảng trống nghiên cứu: các bộ dữ liệu tiếng Việt hiện tại chưa cung cấp cấu trúc đa ý kiến theo bộ tứ $(Source, Target, Expression, Polarity)$, đòi hỏi phải xây dựng một bộ ngữ liệu mới và ứng dụng mô hình đồ thị cảm xúc (Sentiment Graph).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 định nghĩa chi tiết các khái niệm nền tảng:

  • Phân tích bản chất của $Holder/Source$, chỉ ra hiện tượng chủ thể thường bị ẩn (ngầm định là người viết) hoặc tồn tại dưới dạng đại từ xưng hô, danh từ riêng, cụm danh từ sở hữu.
  • Phân tích bản chất của $Target$ (đối tượng chịu tác động) và $Expression$ (biểu thức cực chứa cảm xúc).
  • Trình bày bài toán dưới dạng đầu vào là bình luận tiếng Việt và đầu ra là tập hợp các bộ quan hệ đã phân loại phân cực.
  • Mô tả cấu trúc đồ thị cảm xúc có hướng, thuật toán phân tích cú pháp đồ thị phụ thuộc của Dozat & Manning, cùng hai phương pháp biểu diễn Head-first và Head-final.
  • Thiết lập công thức toán học cho các độ đo $P$, $R$, $F1$, Token-F1, Targeted-F1, UF1, LF1, NSF1 và SF1.

Chương 3: Bộ dữ liệu cho bài toán

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình thu thập, gán nhãn và phân tích đặc trưng ngữ liệu tiếng Việt:

  • Quy trình gán nhãn: Bao gồm 6 bước: Tạo tài liệu hướng dẫn gán nhãn; Huấn luyện 3 người gán nhãn trong 1 tuần; Gán mẫu 210 câu; Đánh giá độ đồng thuận (ngưỡng $\ge 0.6$); Gán hàng loạt bằng công cụ Doccano trên nền tảng Docker; Kiểm chứng chéo và xuất dữ liệu dạng JSON/JSONL.
  • Độ đồng thuận giữa các người gán nhãn (Inter-Annotator Agreement): Được tính bằng F1-Score kết hợp BleuScore và phương pháp Pairwise F1.
Thành phần nhãn Độ đồng thuận (F1-Score)
Source (Chủ thể) 0.47
Target (Đối tượng) 0.64
Expression (Biểu thức cảm xúc) 0.76
Polarity (Độ phân cực theo bộ tứ) 0.50
  • Phân tích phân bố dữ liệu: Dữ liệu được chia thành 3 tập Train - Test - Dev theo tỉ lệ 7:2:1.
Thực thể / Nhãn phân cực Tập Dev Tập Test Tập Train Tổng số lượng
nExpression 2.138 4.160 15.061 21.359
nSource 385 572 2.359 3.316
nTarget 1.160 2.127 8.632 11.919
Total Positive 627 1.094 4.517 6.238
Total Negative 991 1.624 6.571 9.264
Total Neutral 519 1.371 3.936 5.826
  • Đặc trưng ngôn ngữ học tiếng Việt: So sánh với tập ngữ liệu tiếng Anh Open-ES cho thấy độ dài span của Source, Target và Expression trong tiếng Việt dài hơn do sự hiện diện của các cụm danh từ và tính từ sở hữu phức (ví dụ: "Ông chủ tiệm bánh Anh Bán Bánh"). Đồng thời, hiện tượng câu khuyết chủ thể chiếm tỷ lệ áp đảo.
Cấu trúc khuyết thực thể Tập Dev Tập Train
Đầy đủ $Source - Target - Expression$ ($S\text{-}T\text{-}E$) 291 1.667
Khuyết đối tượng ($S\text{-}E$) 136 1.064
Khuyết chủ thể ($T\text{-}E$) 1.121 8.054
Khuyết cả chủ thể và đối tượng ($E$) 589 4.239

Chương 4: Thực nghiệm qua mô hình ngôn ngữ

Chương 4 trình bày cấu hình thực nghiệm, kết quả đánh giá định lượng và phân tích lỗi mô hình:

  • Triển khai huấn luyện 5 mô hình ngôn ngữ kết hợp mạng BiLSTM và bộ giải mã đồ thị Bi-affine.
  • Phân tích hiệu năng chi tiết giữa các cấu hình đồ thị: Head-first, Head-first + in label, Head-final, Head-final + in label.
  • Thực hiện phân tích lỗi định tính thông qua việc lập bảng mô phỏng đồ thị (POS Tag, Dependency Relation, Label Gold, Label Predict) để xác định các nguyên nhân gây sai lệch dự đoán.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 đúc kết các kết quả đạt được về mặt dữ liệu và mô hình hóa, đồng thời nêu các định hướng nghiên cứu nhằm mở rộng bài toán trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Mô hình Cấu hình biểu diễn Holder (%) Target (%) Exp (%) Targeted F1 (%) UF1 (%) LF1 (%) NSF1 (%) SF1 (%)
mBERT head-first 57.1 51.5 73.1 24.2 60.7 37.3 47.9 30.6
head-first + in label 56.3 52.8 74.4 25.0 61.1 38.0 49.3 31.8
head-final + in label 56.6 53.6 78.8 24.9 63.3 39.4 50.8 32.5
XLM-R head-first + in label 54.1 50.6 73.3 24.4 58.7 36.6 47.7 30.7
head-final + in label 55.3 54.4 76.2 25.7 62.1 39.2 51.1 33.1
VisoBERT head-first + in label 56.9 53.7 76.7 26.2 64.3 40.4 51.0 33.4
head-final + in label 55.8 54.6 77.0 26.4 65.3 41.1 52.0 34.3
PhoBERT head-first + in label 59.5 53.9 74.9 24.6 62.4 38.8 49.9 31.9
head-final + in label 54.8 53.3 75.6 25.1 63.8 39.9 51.4 33.1
CafeBERT head-first 57.8 53.4 74.4 29.0 63.3 39.2 49.9 33.2
head-final + in label 57.7 54.7 77.5 26.5 63.3 40.1 51.8 33.6

Ghi chú: Kết quả trích xuất từ Bảng 4.2 trong văn bản khóa luận.

Từ số liệu thực nghiệm, tác giả rút ra các kết luận cụ thể:

  1. Mô hình tổng thể tối ưu nhất: VisoBERT với cấu hình head-final + in label đạt hiệu năng cao nhất trên hầu hết các chỉ số đánh giá đồ thị cảm xúc: $UF1 = 65.3%$, $LF1 = 41.1%$, $NSF1 = 52.0%$ và $SF1 = 34.3%$.
  2. Mô hình tối ưu cho tác vụ nhắm mục tiêu: CafeBERT với cấu hình head-first đạt điểm $Targeted\text{ }F1$ cao nhất là $29.0%$.
  3. Hiệu quả của cấu trúc đồ thị: Cơ chế + in label (làm giàu nhãn phụ thuộc nội bộ) giúp cải thiện độ chính xác phân tích cú pháp và đồ thị cảm xúc trên tất cả các mô hình ngôn ngữ thử nghiệm.
  4. Hiệu quả nhận diện từng span: Thành phần Expression đạt độ chính xác cao nhất (lên đến $78.8%$ trên mBERT head-final), Target dao động từ $50.6% - 54.7%$, và Holder dao động từ $54.1% - 59.5%$.

Đóng góp của đề tài

  • Xây dựng bộ ngữ liệu chuẩn hóa gồm 11.010 câu tiếng Việt đầu tiên được gán nhãn đầy đủ cấu trúc đồ thị cảm xúc theo bộ tứ $(Source, Target, Expression, Polarity)$.
  • Đề xuất và kiểm chứng quy trình gán nhãn khoa học, xây dựng tài liệu hướng dẫn gán nhãn (Annotation Guideline) chi tiết cho tiếng Việt mạng xã hội.
  • Ứng dụng thành công kỹ thuật phân tích cú pháp đồ thị phụ thuộc song tuyến tính (Bi-affine Dependency Graph Parsing) kết hợp đa tầng biểu diễn nhúng để giải quyết bài toán phân tích cảm xúc có cấu trúc cho tiếng Việt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được tác giả chỉ ra

  • Độ đồng thuận nhãn Source còn thấp: Điểm đồng thuận của người gán đối với nhãn Source chỉ đạt 0.47 do đặc thù câu tiếng Việt thường khuyết chủ thể, gây khó khăn cho việc phân biệt giữa chủ thể ngầm định và chủ thể tường minh.
  • Độ phức tạp trong nhận diện quan hệ đa thực thể: Hiệu năng dự đoán đầy đủ bộ tứ có phân cực ($SF1$) còn ở mức khiêm tốn (cao nhất đạt $34.3%$) do các phát ngôn mạng xã hội chứa nhiều mệnh đề lồng ghép, cấu trúc $nH - {(nE/P - nT)}$ phức tạp.
  • Sai lệch biên giới thực thể: Mô hình thường gặp lỗi dự đoán thiếu hoặc lệch ranh giới từ của các thực thể dài mang cấu trúc sở hữu phức tạp, cũng như nhầm lẫn giữa vai trò Source và Target trong các câu có nhiều chủ thể tương tác.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Mở rộng quy mô bộ ngữ liệu với các miền dữ liệu đa dạng hơn trên mạng xã hội nhằm tăng tính tổng quát hóa.
  • Nghiên cứu các phương pháp biểu diễn ngữ cảnh nâng cao nhằm giải quyết hiện tượng khuyết chủ thể và khuyết đối tượng.
  • Tinh chỉnh sâu các siêu tham số mô hình và thử nghiệm các kiến trúc trích xuất quan hệ đồ thị tiên tiến hơn cho tiếng Việt.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên, học viên cao học ngành Công nghệ Thông tin, Khoa học Máy tính, Trí tuệ Nhân tạo: Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp xây dựng bài toán phân tích cảm xúc có cấu trúc (Structured Sentiment Analysis) và kỹ thuật phân tích đồ thị phụ thuộc (Dependency Graph Parsing).
  • Các nhà nghiên cứu Xử lý ngôn ngữ tự nhiên tiếng Việt: Kế thừa bộ ngữ liệu 11.010 câu có gán nhãn quan hệ, tài liệu hướng dẫn gán nhãn chi tiết (Annotation Guideline), và các phân tích ngữ liệu định lượng về đặc trưng ngôn ngữ mạng xã hội tiếng Việt.
  • Kỹ sư xây dựng hệ thống Social Listening: Tham khảo quy trình tiền xử lý, cấu trúc nhúng đa tầng và mô hình trích xuất quan điểm đa đối tượng phục vụ bài toán lắng nghe mạng xã hội.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ dữ liệu trong khóa luận được hình thành từ những nguồn nào và có quy mô bao nhiêu?
Bộ dữ liệu gồm 11.010 câu bình luận tiếng Việt, được tạo thành từ 6.000 câu tái sử dụng và gán nhãn lại toàn bộ từ bộ dữ liệu UIT-VSMEC, kết hợp với 5.010 câu thu thập mới từ các bài viết đánh giá trên Facebook và YouTube.

2. Điểm khác biệt cơ bản giữa bộ dữ liệu của khóa luận và bộ dữ liệu gốc UIT-VSMEC là gì?
Bộ dữ liệu gốc UIT-VSMEC chỉ gán một nhãn cảm xúc đơn lẻ duy nhất cho toàn bộ câu (ví dụ: Enjoyment, Disgust, Fear). Ngược lại, bộ dữ liệu của khóa luận gán nhãn có cấu trúc chi tiết theo từng đối tượng trong câu, bao gồm bộ tứ quan hệ: Nguồn gốc chủ thể ($Source$), Đối tượng ($Target$), Biểu thức cảm xúc ($Expression$), và Độ phân cực ($Polarity$).

3. Vì sao độ đồng thuận của người gán nhãn đối với thực thể Source chỉ đạt 0.47?
Do đặc thù bình luận mạng xã hội tiếng Việt phần lớn khuyết chủ thể tường minh (ngầm định là người viết), khiến người gán dễ nhầm lẫn hoặc bỏ sót. Việc xác định ranh giới cụm danh từ sở hữu dài đóng vai trò chủ thể cũng tạo ra sự thiếu đồng nhất giữa các người gán.

4. Mô hình nào đạt kết quả tổng thể tốt nhất trong các thực nghiệm?
Mô hình VisoBERT với cấu hình biểu diễn head-final + in label đạt kết quả tổng thể cao nhất trên các chỉ số đồ thị cảm xúc, với $UF1 = 65.3%$, $LF1 = 41.1%$, $NSF1 = 52.0%$ và $SF1 = 34.3%$.

5. Hiện tượng ngữ pháp tiếng Việt nào chiếm tỷ lệ cao nhất trong cấu trúc ngữ liệu được phân tích?
Hiện tượng khuyết chủ thể ($T\text{-}E$) chiếm tỷ lệ cao nhất trong tập dữ liệu, với 8.054 mẫu ở tập Train và 1.121 mẫu ở tập Dev, phản ánh thói quen phát ngôn trực tiếp nhắm vào đối tượng mà không nêu danh xưng chủ thể trên mạng xã hội.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Võ Chơn Chánh đã giải quyết bài toán nhận diện cảm xúc theo đối tượng cho dữ liệu bình luận tiếng Việt trên mạng xã hội bằng phương pháp phân tích cú pháp đồ thị phụ thuộc (Sentiment Graph Parsing). Nghiên cứu đóng góp một bộ ngữ liệu chuẩn hóa gồm 11.010 câu được gán nhãn bộ tứ quan hệ $(Source, Target, Expression, Polarity)$ cùng quy trình kiểm chứng chéo chặt chẽ. Kết quả thực nghiệm trên 5 mô hình ngôn ngữ tiền huấn luyện chứng minh cấu hình VisoBERT kết hợp biểu diễn head-final + in label đạt hiệu năng vượt trội trong việc mô hình hóa các mối quan hệ cảm xúc phức tạp của tiếng Việt.