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Word2vector原理
词向量:用一个向量的形式表示一个词
词向量的一种表示方式是one-hot的表示形式:首先,统计出语料中的所有词汇,然后对每个词汇编号,针对每个词建立V维的向量,向量的每个维度表示一个词,所以,对应编号位置上的维度数值为1,其他维度全为0。这种方式存在问题并且引发新的质疑:1)无法衡量相关词之间的距离 2)V维表示语义空间是否有必要
词向量获取方式:
1)基于奇异值分解的方法
a、单词-文档矩阵
基于的假设:相关词往往出现在同一文档中,例如,banks 和 bonds, stocks,money 更相关且常出现在一篇文档中,而 banks 和 octous, banana, hockey 不太可能同时出现在一起。因此,可以建立词和文档的矩阵,通过对此矩阵做奇异值分解,可以获取词的向量表示。
b、单词-单词矩阵
基于的假设:一个词的含义由上下文信息决定,那么两个词之间的上下文相似,是否可推测二者非常相似。设定上下文窗口,统计建立词和词之间的共现矩阵,通过对矩阵做奇异值分解获得词向量。
2)基于迭代的方法
目前基于迭代的方法获取词向量大多是基于语言模型的训练得到的,对于一个合理的句子,希望语言模型能够给予一个较大的概率,同理,对于一个不合理的句子,给予较小的概率评估。具体的形式化表示如下:
第一个公式:一元语言模型,假设当前词的概率只和自己有关;第二个公式:二元语言模型,假设当前词的概率和前一个词有关。那么问题来了,如何从语料库中学习给定上下文预测当前词的概率值呢?
a、Continuous Bag of Words Model(CBOW)
给定上下文预测目标词的概率分布,例如,给定{The,cat,(),over,the,puddle}预测中心词是jumped的概率,模型的结构如下:
如何训练该模型呢?首先定义目标函数,随后通过梯度下降法,优化此神经网络。目标函数可以采用交叉熵函数:
由于yj是one-hot的表示方式,只有当yj=i 时,目标函数才不为0,因此,目标函数变为:
代入预测值的计算公式,目标函数可转化为:
b、Skip-Gram Model
skip-gram模型是给定目标词预测上下文的概率值,模型的结构如下:
同理,对于skip-ngram模型也需要设定一个目标函数,随后采用优化方法找到该model的最佳参数解,目标函数如下:
分析上述model发现,预概率时的softmax操作,需要计算隐藏层和输出层所有V中单词之间的概率,这是一个非常耗时的操作,因此,为了优化模型的训练,minkov文中提到Hierarchical softmax 和 Negative sampling 两种方法对上述模型进行训练,具体详细的推导可以参考文献1和文献2。
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