khaiii는 "Kakao Hangul Analyzer III"의 첫 글자들만 모아 만든 이름으로 카카오에서 개발한 세 번째 형태소분석기입니다. 두 번째 버전의 형태소분석기 이름인 dha2 (Daumkakao Hangul Analyzer 2)를 계승한 이름이기도 합니다.
형태소는 언어학에서 일정한 의미가 있는 가장 작은 말의 단위로 발화체 내에서 따로 떼어낼 수 있는 것을 말합니다. 즉, 더 분석하면 뜻이 없어지는 말의 단위입니다. 형태소분석기는 단어를 보고 형태소 단위로 분리해내는 소프트웨어를 말합니다. 이러한 형태소분석은 자연어 처리의 가장 기초적인 절차로 이후 구문 분석이나 의미 분석으로 나아가기 위해 가장 먼저 이루어져야 하는 과정으로 볼 수 있습니다. (한국어 위키피디아에서 인용)
기존 버전이 사전과 규칙에 기반해 분석을 하는 데 반해 khaiii는 데이터(혹은 기계학습) 기반의 알고리즘을 이용하여 분석을 합니다. 학습에 사용한 코퍼스는 국립국어원에서 배포한 21세기 세종계획 최종 성과물을 저희 카카오에서 오류를 수정하고 내용을 일부 추가하기도 한 것입니다.
전처리 과정에서 오류가 발생하는 문장을 제외하고 약 85만 문장, 천만 어절의 코퍼스를 사용하여 학습을 했습니다. 코퍼스와 품사 체계에 대한 자세한 내용은 코퍼스 문서를 참고하시기 바랍니다.
기계학습에 사용한 알고리즘은 신경망 알고리즘들 중에서 Convolutional Neural Network(CNN)을 사용하였습니다. 한국어에서 형태소분석은 자연어처리를 위한 가장 기본적인 전처리 과정이므로 속도가 매우 중요한 요소라고 생각합니다. 따라서 자연어처리에 많이 사용하는 Long-Short Term Memory(LSTM)와 같은 Recurrent Neural Network(RNN) 알고리즘은 속도 면에서 활용도가 떨어질 것으로 예상하여 고려 대상에서 제외하였습니다.
CNN 모델에 대한 상세한 내용은 CNN 모델 문서를 참고하시기 바랍니다.
CNN 모델의 주요 하이퍼 파라미터는 분류하려는 음절의 좌/우 문맥의 크기를 나타내는 win 값과, 음절 임베딩의 차원을 나타내는 emb 값입니다. win 값은 {2, 3, 4, 5, 7, 10}의 값을 가지며, emb 값은 {20, 30, 40, 50, 70, 100, 150, 200, 300, 500}의 값을 가집니다. 따라서 이 두 가지 값의 조합은 6 x 10으로 총 60가지를 실험하였고 아래와 같은 성능을 보였습니다. 성능 지표는 정확률과 재현율의 조화 평균값인 F-Score입니다.
win 파라미터의 경우 3 혹은 4에서 가장 좋은 성능을 보이며 그 이상에서는 오히려 성능이 떨어집니다. emb 파라미터의 경우 150까지는 성능도 같이 높아지다가 그 이상에서는 별 차이가 없습니다. 최 상위 5위 중 비교적 작은 모델은 win=3, emb=150으로 F-Score 값은 97.11입니다. 이 모델을 large 모델이라 명명합니다.
띄어쓰기 오류에 강건한 모델을 위한 실험을 통해 모델을 개선하였습니다. v0.4 모델은 띄어쓰기가 잘 되어있지 않은 입력에 대해 보다 좋은 성능을 보이는데 반해 세종 코퍼스에서는 다소 정확도가 떨어집니다. 이러한 점을 보완하기 위해 base 및 large 모델의 파라미터를 아래와 같이 조금 변경했습니다.
- base 모델: win=4, emb=35, F-Score: 94.96
- large 모델: win=4, emb=180, F-Score: 96.71
모델의 크기가 커지면 정확도가 높아지긴 하지만 그만큼 계산량 또한 많아져 속도가 떨어집니다. 그래서 적당한 정확도를 갖는 모델 중에서 크기가 작아 속도가 빠른 모델을 base 모델로 선정하였습니다. F-Score 값이 95 이상이면서 모델의 크기가 작은 모델은 win=3, emb=30이며 F-Score는 95.30입니다.
속도를 비교하기 위해 1만 문장(총 903KB, 문장 평균 91)의 텍스트를 분석해 비교했습니다. base 모델의 경우 약 10.5초, large 모델의 경우 약 78.8초가 걸립니다.
모델의 크기가 커짐에 따라 아래와 같이 base, large 모델의 속도를 다시 측정했으며 v0.4 버전에서 다소 느려졌습니다.
- base 모델: 10.8 -> 14.4
- large 모델: 87.3 -> 165
신경망 알고리즘은 소위 말하는 블랙박스 알고리즘으로 결과를 유추하는 과정을 사람이 따라가기가 쉽지 않습니다. 그래서 오분석이 발생할 경우 모델의 파라미터를 수정하여 바른 결과를 내도록 하는 것이 매우 어렵습니다. 이를 위해 khaiii에서는 신경망 알고리즘의 앞단에 기분석 사전을 뒷단에 오분석 패치라는 두 가지 사용자 사전 장치를 마련해 두었습니다.
기분석 사전은 단일 어절에 대해 문맥에 상관없이 일괄적인 분석 결과를 갖는 경우에 사용합니다. 예를 들어 아래와 같은 엔트리가 있다면,
| 입력 어절 | 분석 결과 |
|---|---|
| 이더리움* | 이더리움/NNP |
문장에서 이더리움으로 시작하는 모든 어절은 신경망 알고리즘을 사용하지 않고 이더리움/NNP로 동일하게 분석합니다.
세종 코퍼스에서 분석 모호성이 없는 어절들로부터 자동으로 기분석 사전을 추출할 경우 약 8만 개의 엔트리가 생성됩니다. 이를 적용할 경우 약간의 속도 향상도 있어서 base 모델에 적용하면 약 9.2초로 10% 정도 속도 향상이 있었습니다.
기분석 사전의 기술 방법 및 자세한 내용은 기분석 사전 문서를 참고하시기 바랍니다.
오분석 패치는 여러 어절에 걸쳐서 충분한 문맥과 함께 오분석을 바로잡아야 할 경우에 사용합니다. 예를 들어 아래와 같은 엔트리가 있다면,
| 입력 텍스트 | 오분석 결과 | 정분석 결과 |
|---|---|---|
| 이 다른 것 | 이/JKS + _ + 다/VA + 른/MM + _ + 것/NNB | 이/JKS + _ + 다르/VA + ㄴ/ETM + _ + 것/NNB |
만약 khaiii가 위 "오분석 결과"와 같이 오분석을 발생한 경우에 한해 바른 분석 결과인 "정분석 결과"로 수정합니다. 여기서 "_"는 어절 간 경계, 즉 공백을 의미합니다.
오분석 패치의 기술 방법 및 자세한 내용은 오분석 패치 문서를 참고하시기 바랍니다.
khaiii의 빌드 및 설치에 관해서는 빌드 및 설치 문서를 참고하시기 바랍니다.
khaiii에 기여하실 분들은 CONTRIBUTING 및 개발자를 위한 가이드 문서를 참고하시기 바랍니다.
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