사건 변화와 주체 감성 추이 분석을 위한 KPF-BERT 기반 뉴스 동향 시각화 시스템 개발

2.1 언어 모델

자연어 처리(NLP) 분야에서는 다양한 모델이 목적에 따라 개발되어 왔다. RNN은 시퀀스 데이터 처리에 적합하지만, 긴 시퀀스에 대해서는 그래디언트 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 Attention 메커니즘과 Transformer 모델이 도입되었다. Transformer는 RNN의 순환적 특성을 배제하고, Attention을 통해 텍스트의 각 부분을 독립적으로 처리한다[3]. BERT는 Transformer를 기반으로 한 양방향 인코딩 모델로, 대규모 데이터셋으로 사전 학습되어 문맥을 파악하는 데 강점을 보인다[4]. SBERT는 BERT를 문장 수준 임베딩으로 확장하여, 문장 간 유사도 측정에 효율적이다[5].

KPF-BERT는 한국형 표준 뉴스 기사 인공지능 언어 모델이다[6]. BERT를 기반으로 한국언론진흥재단이 보유한 BigKinds 기사 데이터를 활용해 사전학습에 사용되었으며 빅카인즈 기사 약 4,000만 건을 학습해 언론사 및 뉴스 기사 활용 기술에 적합한 모델로 개발되었다. KPF-SBERT는 SBERT를 BigKinds의 언론사 기사 데이터를 학습시켜 빠르고 효율적으로 의미 비교 등의 작업에 활용되고 있다.

2.2 문서 클러스터링 및 키워드 추출

문서 클러스터링과 키워드 추출은 자연어 처리 기술 분야의 중요한 부분이다. 문서 클러스터링에는 크게 키워드 기반과 문맥 기반 방식이 있다. 키워드 기반 방식에는 BoW(Bag of Words)[7] 기반 TF-IDF[8] 혹은 KeyBERT[9]가 있다. 단어의 빈도로만 문서를 표현하는 BoW를 보완하기 위해 TF-IDF를 결합하였다. 이후 K-means를 적용하여 문서별 키워드들을 클러스터링한다. KeyBERT는 BoW와 TF-IDF 이후 자연어처리 분야의 발전에 힘입어 발표된 BERT 모델을 기반으로 한다. BERT는 단어의 빈도를 세는 것에서 더 나아가 문맥 기반으로 단어의 의미를 학습하고 문서의 의미를 파악하는 데 탁월한 성능을 보인다. KeyBERT는 BERT 모델을 이용해 문서 레벨에서의 주제를 파악하고 N-gram 단어 및 구절에 대해 임베딩을 추출한다. 이후 문서와 가장 유사한 단어 및 구절을 찾기 위해 코사인 유사도를 사용한다. 가장 유사한 단어는 전체 문서를 가장 잘 설명하는 단어로 식별할 수 있다고 가정한다.

문맥 기반 방식은 LDA(Latent Dirichlet Allocation)[10]와 BERTopic[11]이 있다. LDA는 문서의 단어를 토픽에 할당하고, 각 토픽의 단어 분포를 계산하여 문서의 토픽 분포를 계산하는 방법이다. 반면, BERTopic은 BERT로 문서를 임베딩한 것을 UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)[12]으로 차원을 축소하여 HDBSCAN(Hierarchical Density-Based Spatial Clustering Applications with Noise)을 이용해 클러스터링을 하는 방식이다. 벡터화된 문서들에 대해 유사한 문서들끼리 묶어준다. HDBSCAN은 K-means와는 달리 중심 기반 클러스터링(Center-based) 방식이 아닌 밀도 기반(Density-based) 클러스터링 방식이다[13]. 밀도 기반 군집화는 데이터 포인트의 밀도를 기준으로 군집을 생성하여 불특정한 형태로 분포하는 데이터도 군집화가 가능하다[14].

키워드 추출은 MMR(Maximal Marginal Relevance) 알고리즘이 대표적이다[15]. MMR 알고리즘은 문서와 가장 유사한 키워드를 먼저 선택한 후, 다음 키워드를 선택할 때에는 문서와는 유사하지만 이미 선택한 키워드와는 다른 키워드를 선택하는 기법이다. 따라서 중요성과 다양성을 균형 있게 고려하여 키워드를 추출할 수 있다.

2.3 개체명 인식(Named entity recognition)

개체명 인식은 미리 정의해둔 사람, 회사, 장소, 시간, 단위 등에 해당하는 단어(개체명)를 문서에서 인식하여 추출 분류하는 기법으로, 추출된 개체명은 인명(Person), 지명(Location), 기관명(Organization), 시간(Time) 등으로 분류된다. 개체명 인식은 정보 추출을 목적으로 시작되어 자연어처리, 정보 검색 등에 사용된다.

최근에는 딥러닝 모델 기반 개체명 인식이 주로 사용되고 있다. 예를 들어, KPF-BERT 모델을 기반으로 개체명 인식을 목적으로 개발된 KPF-BERT-NER 모델이 있다[16]. 이 모델은 언론 기사를 학습하여 150개 클래스를 분류한다. 20여 개의 BIO 태그셋으로 개체명 인식을 수행하는 다른 모델과 비교하여 BIO 태그셋의 개수가 매우 많은 점은 감성 분석에 유리한 장점을 가지고 있다[17].

2.4 감성 분석

감성 분석에는 사전 기반(Lexicon-based) 통계적 감성 분석과 지도(Supervised) 학습, 반지도학습(Semi-supervised)과 같이 딥러닝을 이용한 방식이 있다[18]. 사전 기반 감성 분석은 다양한 표현을 반영하기 어렵지만 별도의 훈련이나 라벨링 없이 수행될 수 있음으로 뉴스와 같이 보수적으로 표현을 사용하는 미디어에 적합하다.

식 (1)의 PMI(Pointwise Mutual Information)는 사전 기반 감성 분석에서 자주 쓰이는 통계적 방법론이다[19]. PMI는 두 단어가 함께 나타날 확률을 개별 단어들의 확률의 곱으로 나눈 값으로, 이 값은 두 단어가 함께 자주 나타날수록 커진다. PMI를 통해 두 단어의 연관성을 측정함으로써 단어 간의 의미적 관계를 파악할 수 있다. PMI 값이 음수일 경우에는 이 값을 변형하여 활용하는데, 이를 PPMI(Positive PMI)라고 한다. 식 (2)의 PPMI는 특히 감성 분석이나 문맥 분석과 관련된 작업에서 유용하게 활용될 수 있다.

감성 분석은 어떤 요소에 집중하느냐에 따라 다양한 방법론을 사용할 수 있다. TSA(Targeted Sentiment Analysis)는 특정 대상을 중심으로 감정을 분석하며, 구체적인 대상에 초점을 맞추는 장점이 있지만, 전체 콘텍스트를 무시할 수 있는 단점이 있다[20]. ABSA(Aspect-Based Sentiment Analysis)는 텍스트의 다양한 측면(Aspect)에 대한 감정을 파악하며, 상세한 분석이 가능한 장점이 있지만, 측면의 정의와 추출이 어려운 단점이 있다[21].

3.1 뉴스 데이터 스크래핑 및 전처리

네이버 뉴스에서 10개의 종합지(경향신문, 동아일보, 서울신문, 중앙일보, 한국일보, 국민일보, M news, 조선일보, 세계일보, 한겨레신문)에서 발행된 정치 기사를 기자 이름과 함께 수집하였다. 수집한 뉴스 중 사진과 사진에 대한 설명만 있는 사진 기사를 제거하고, 특수문자를 제거하거나 변환하여 전처리하였다. 추가로, 모델에서 기사 원문의 시퀀스가 길어 발생할 수 있는 문제를 예방하고자 원문에서 요약을 추출하였다. 표 1과 같이 전처리한 본문에는 마침표를 제외한 특수문자가 지워져 있고 요약은 전처리한 기사 본문 문장들 중 기사 제목과 가장 유사한 세 문장을 추출한다. 기사 제목 간의 유사도는 KPF-SBERT로 각 문장을 벡터화한 후, 제목과 각 문장 간의 코사인 유사도를 적용하였다.

Table 1.

News dataset

3.2 뉴스 클러스터링

수집된 기사들을 문맥을 기준으로 클러스터링하고 기사 본문에서 추출한 요약은 KPF-SBERT로 임베딩하였다. 이후 UMAP 임베딩을 통해 고차원 데이터를 저차원으로 매핑하는 과정을 수행한다. HDBSCAN으로 클러스터링된 기사의 결과는 그림 4와 같다.

Fig. 4.

Clustering by HDBSCAN

본문을 클러스터링의 입력으로 넣을 경우 본문에서 비교적 중요하지 않은 문장까지 임베딩되어 클러스터링의 성능이 낮아진다. 반면 기사 요약을 클러스터링 입력으로 적용할 경우 본문에서 기사 제목과 유사한 문장들이 추출되어 성능이 좋아지는 결과를 보였다.

비슷한 키워드 (e.g., 정당명, 정치인)가 자주 등장하는 정치 도메인 기사에서 키워드 기반 클러스터링보다는 문맥 기반 클러스터링이 더 우수한 결과를 보여줌으로 키워드 기반과 문맥 기반 클러스터링 방식 중 문맥 기반 클러스터링 방식을 선택하였다.

또한 KPF-SBERT의 학습 데이터가 뉴스 기사인 점, 문장 단위 임베딩을 통해 의미 손실을 줄인 모델이라는 특성을 고려하여 임베딩 모델은 KPF-SBERT로 선정하였고, 클러스터링 모델은 전역 밀도 임계값을 사용하는 DBSCAN보다 기사 데이터 클러스터링 특성을 반영하여 가변적인 차원에 높은 성능을 보여주는 HDBSCAN로 선정하였다[13].

3.3 클러스터별 키워드 추출

클러스터별 키워드 추출의 입력값은 기사 제목으로 지정하였다. 기사 제목으로 키워드를 추출하는 이유는 요약과 본문에서 키워드를 추출할 경우 부수적인 단어들이 키워드에 자주 추출되었기 때문이다. 기사 제목을 전처리하는 단계에서 기사 제목에 포함된 한자들을 한글로 변환하는 작업을 수행하였다. CountVectorizer를 사용하여 텍스트를 토큰화하고 불용어를 제한 후 다양한 후보 키워드를 추출하였다.

다음으로 KPF-SBERT를 이용해 기사 제목과 후보 키워드들의 임베딩을 생성한다.

마지막으로, 키워드 추출 단계에서는 MMR을 활용하여 후보 키워드와 기사 원제목 간의 임베딩의 코사인 유사도를 계산하고 다양한 키워드를 선택하였다. 이를 통해 키워드의 중요성과 다양성을 고려하여 최종 키워드를 추출하였다.

3.4 클러스터별 주요 주체 추출

NER을 수행하는 모델인 KPF-BERT-NER 모델을 사용하여 모든 주체를 추출하였다. 이후 BIO tagging을 사용하여 연속적으로 나오는 인물과 직책을 묶어 하나의 주체로 처리하였고, 기관명 또한 주체로 추출하였다.

클러스터별로 기사에 나타난 주체들의 빈도수를 기준으로 기사에서 제일 많이 언급된 상위 5개 주체를 선정하였다. 표 2에서처럼, 개체명 인식에서 해결해야 하는 중요한 문제는 대용어 문제다[23]. 동일한 개체가 다른 형태로 재진술될 때 동일하다고 판단하기 위하여 자카드 유사도를 적용하여 대용어를 검출하였다. 추출된 주체들 사이에는 대용어가 많이 발견되었는데 자카드 유사도를 사용하여 단어 간의 유사도를 비교하고 임계치를 0.6으로 설정하여 대용어 쌍을 만들어 처리하였다.

Table 2.

Anaphor examples

기사 특성상 명칭의 전체가 언급된 후 축약어가 등장하기 때문에 더 긴 단어를 대용어의 중심 단어(Main word)로 판단하였다. 인물 동의어가 기사에는 유독 많기 때문에 BIO태깅을 통해 인물 직위ㆍ직책을 묶어서 한 번에 처리하고 주체 간의 음절 유사도를 판단하기 위하여 가장 적합한 자카드 유사도를 사용하였다.

자카드 유사도와 코사인 유사도는 대표적인 유사인 측정 방법이다. 자카드 유사도는 두 벡터의 교집합의 크기를 두 벡터의 합집합의 크기로 나눈 값이다. 값은 0과 1 사이에서 변하며, 1에 가까울수록 두 벡터가 유사하다고 판단한다. 자카드 유사도는 키워드 간의 유사도를 판단하는 데에 적합한 것으로 알려져 있다[22].

Table 3.

Mapping anaphora to a main word

NER(Named Entity Recognition)과정은 텍스트에서 명명된 실체(예: 사람 이름, 장소, 기관, 날짜 등)를 식별하고 분류하는 작업으로 많은 런타임이 소비된다. 이를 최소화하기 위해 본문을 input으로 개체명 추출하지 않고, 대신 요약을 input으로 하여 런타임을 최소화하였다. NER의 결과가 무작위 태깅된 개체명을 반환 (e.g. 명더불어민주당)할 경우 본문과 비교하여 그 개체명이 등장했는지 확인하고 일반적인 유사도 비교 방법인 코사인 유사도로는 대용어 문제를 해결할 수 없으므로 자카드 유사도가 더 적절하다.

3.5 주요 주체 감성 분석

클러스터별 주요 주체를 대상으로 감성 분석 과정을 거친다. 먼저, 기존의 기사 감성 분석 연구는 주가 예측을 목적으로 한 금융 기사에 한정해서 활발하게 이루어져 왔기 때문에, 기존 모델로 주체의 감성을 분석하기에는 적절하지 않다.

기존의 감성 사전은 용언 위주로 감성 사전이 구성되어 있어서, 정치 기사에서 '의혹'과 같이 빈번히 등장하는 부정적인 극성을 지닌 체언들을 제대로 다루지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 정치 기사에 적합한 사전을 구축하기 위해 n-gram 분석을 통해 빈번하게 등장하고 극성을 지닌 체언을 식별하였다. 긍정적인 체언와 부정적인 체언 각각 20개로 사전을 구성하였다. 표 4의 정치기사 감성 사전은 기사 제목 및 내용에서 자주 등장하는 단어들을 기반으로 구성되어있다.

Table 4.

Sentiment dictionary for political news

이후 주체와 극성을 가진 체언 간의 동시 출현 확률을 나타내는 PMI 행렬을 구성하기 위해 데이터 전처리 단계에서는 해당 날짜까지의 문장들을 형태소 분석하였다.

이때 ‘국민의힘’과 같이 여러 형태소가 합쳐진 고유명사의 경우 '국민, 의, 힘'과 같이 형태소가 분리되지 않도록, 데이터베이스에 등록된 모든 주체들을 사용자 사전에 추가하였다.

다음으로, 필요한 확률들을 계산하여 PMI 행렬을 생성하였다. 이 과정에서 불용어는 PMI 행렬에 반영하지 않았으며, 바이그램과는 다르게 순서를 고려하지 않고 한 문장에서 등장하면 동시 출현으로 간주하였다.

마지막으로, 극성값을 계산하는 단계에서는 긍정 단어와의 PMI의 합과 부정 단어와의 PMI의 합의 차이를 계산하였다. PMI 결과가 양수인 경우, 주체가 긍정 단어와 더 자주 함께 등장한 것이고 음수인 경우, 부정 단어와 더 자주 등장한 것으로 판단하였다. 특정 주체와 긍ㆍ부정 단어 간의 관련성을 파악하는 PMI 값을 도출하였고, 이를 통해 태스크에 적합한 TSA를 수행하였다.

Table 5.

PMI matrix for prosecutor

예를 들어, 검찰(Prosecutor)의 경우 PMI 점수가 -4.3로 부정적인 극성값을 가진다. 이는 ‘개선’, ‘협력’ 같이 긍정적인 단어보다는 ‘고발’(Accusation), ‘피해’와 같은 부정적인 단어와 더 자주 등장했음을 의미한다.

3.6 사건 연결 및 발행, 사건 소제목 선정

다른 시점에 생성된 클러스터를 하나의 사건으로 연결하는 최종 단계로, 시간에 따른 사건의 흐름을 살펴보기 위한 가장 핵심적인 과정이다.

단순히 자카드 유사도만을 사용하여 클러스터 간의 유사성을 평가하여 하나의 사건으로 판단한다면, 문제점이 발생할 수 있다. 가령, 공통된 음절의 개수만을 고려하는 경우, 단어의 의미나 상황의 변화를 반영하지 못한다. 또한 당명이나 주요 정치 인명 등은 관련이 없는 여러 클러스터에서 자주 등장하기 때문에, 단순히 자카드 유사도만으로 판단하기 어렵다.

이를 해결하기 위해 KPF-SBERT를 이용하여 각 클러스터의 키워드를 임베딩하고 클러스터 임베딩 간의 유사도를 계산하였다. 이로써 의미를 고려하여 다른 시점의 클러스터를 하나의 사건으로 정교하게 연결할 수 있다.

우선, 과거 클러스터 20개의 키워드와 오늘 클러스터의 키워드를 SBERT로 임베딩한다. 이렇게 얻은 임베딩 값을 이용하여 클러스터 간 코사인 유사도를 계산한다. 유사도가 0.5 이상일 경우, 두 클러스터는 동일한 사건으로 연결되는 것으로 간주한다. 즉, 오늘의 클러스터가 과거의 클러스터의 후속 주제가 된다. 반면에 유사도가 0.5 미만인 경우에는 두 클러스터가 별개의 사건으로 간주되어, 오늘의 클러스터를 새로운 사건으로 발행한다. 예를 들어 세로축은 오늘의 클러스터이고 가로축은 오늘의 클러스터와 유사도를 계산할 과거의 클러스터 20개이다. 그림 5에서와 같이, 주제가 ‘잼버리 극복’인 클러스터는 ‘잼버리 외교’, ‘잼버리 정상화’(Nomalization Jamboree) 클러스터와 높은 유사도를 보여준다. ‘잼버리 아수라장’(Chaotic Jamboree)을 주제로 하는 클러스터는 ‘잼버리 외교’(Jamboree diplomacy)와 ‘잼버리 공방’(Blame game about Jamboree) 클러스터와 높은 유사도를 나타내고 있다.

Fig. 5.

Connecting between clusters

가장 최근에 연결된 클러스터의 기사 제목들 중 클러스터의 키워드를 가장 많이 포함한 기사 제목을 사건의 소제목으로 보여줌으로써 사건의 최근 동향을 소제목으로 파악할 수 있다.

새로운 사건을 발행할 때 사건의 이름을 짓기 위해 Branching Entropy의 개념을 적용하였다. Branching Entropy는 문자열에서 다음에 나올 글자의 불확실성을 의미하는 지표로, 이 값이 낮으면 다음에 나올 글자의 경우의 수가 적다는 것을 의미한다[24].

식 (4)의 H 수치가 낮을수록 한정적으로만 사용되는 단어로, 사건의 주요 키워드일 확률이 높은 단어라고 가정하였다. 이후 클러스터로 묶인 기사별 요약에서 명사만 추출하여 그 중 등장 빈도가 높은 순, Branching Entropy 점수가 낮은 순, 단어의 글자 수가 긴 순의 3가지 기준을 적용하여 상위 3개의 단어를 정하였다. 이러한 기준을 적용하여, ‘준비, 행사, 새만금’의 세 단어를 사건 이름으로 정한다.