NLP文本处理

2019-07-16 本文已影响0人在努力的Jie

分词 Segmentation

分词可以认为是已经解决的问题

分词工具 Segmentation Tools

Jieba分词 ： https://github.com/fxsjy/jieba
SnowNLp  :  https://github.com/isnowfy/snownlp
LTP      :  http://www.ltp-cloud.com/
HanNLP    ： https://github.com/hankcs/HanLP/

分词方法 Segmentation Method

1. 基于匹配规则的方法—Max Matching(最大匹配)

前项最大匹配（forward-max matching）：从前向后扫描max_len的长度

后向最大匹配 (backward-max matchine)：从后向前扫描max_len的长度

最大匹配的缺点：

细分（有可能是更好）
局部最优
效率低（※）
歧义（不能考虑语义）

PS:
1. 两种匹配方法结果90%会一样
2. 算法分为：贪心算法:选择当前最好解，不能看到全局最优解、DP算法：Global Optional
3. 这是贪心算法

2. 基于概率统计的方法—Language Model

（LM、HMM、CRF...）

Incorporate Semantic(考虑语义)

step1: 输入

<——生成所有可能的分割——>

step2: 选择其中最好的（by LM）

PS:1. 缺点: 复杂度很高,计算效率低
   2. 对于underflow(相乘结果小数点太多溢出问题)的解决办法 ：“P——>logP”

3. 维特比算法（※）

合并step1和step2，解决计算效率低问题

动态规划问题，LM依赖Unigram

Steps:

所有单词串联
combine所有出现过的词汇，进行连线
统计所有路径

从连线开始到结束的所有路径即为“分词”时的所有路径
计算：最小（-logP）路径 <=> 最大（logP）路径
- P: 句子的概率。eg:P(今天真高兴) = 0.35

数学公式表示维特比算法

f(m) = min { f(i) + W(i,m) }
i ∈ Ω(m)
Ω(m) : all the imcoming links
f(i) : 从节点1到节点 i 的最短路径的值

斐波那契： f(n) = f(n-1) + f(n-2)

Spell Correction 拼写错误纠正

（搜索相关）

用户输入（input）
<—AI—>
用户输入（correction）

1.错别字，2.词义不合适
触发机制：1：不存在于词典库 2：LM,P值很低 or...

Progess

当前单词 —(edit distance)—> find all Candidates
过滤掉不存在词库里的词—> Candidates
-(NoisyChannel)-> Answer corrected

C^= argmax_{c∈candidate}P(S|C)* P(C)
- P(S|C)：从历史日志获得
- P(C)：LM获得

计算编辑距离的方法

初始方法：

input ——> find min(edit distance) ——> return Candidates

复杂度高O(V)，V:字典中的所有词

计算 edit distance（基于DP算法）
- 3 operators : insert、delete、replace
- 操作即成本
- 操作数越小，成本越小，edit distance 就越小

alternative way（优化）:

input —> 生成编辑距离为1，2 的字符串 —> 过滤 —> return
- 生成过程By"replace/add/delete"三种操作
- 之所以选定edit distance为1，2是科学论定，可以覆盖99.9%的情况`
停用词过滤
- How to select?
  - 问题定义：给定一个字符串S,we should find out 最有可能成为正确的字符串C,即：
    - C^ = argmax_{c∈candidate}P(C|S) = argmax_{c∈candidate}P(S|C)* P(C)/P(S) = argmax_{c∈candidate}P(S|C)* P(C)
      
      可以理解成： x^ = argmax_xf(x),即寻找一个x值使f(x)最大，将其定义为x^
      此公式可参考贝叶斯定理：P(x|y)=P(y|x)*P(x)/P(y)
      P(x,y):联合概率，P(x|y):条件概率
      - 分析：由于S给定，C的选取改变不受P(S)影响，故P(S)可看做常数
      - P(C)如何计算？——历史数据。P(C) : Unigram probability
      - P(S|C):对于一个正确的字符串(C),有百分之杜鳌少的人写成了S (input) 的形式
- Filtering Words
  - 过滤：停用词（考虑特殊应用场景）、出现频率很低的词汇
  - 过滤过程类似于特征筛选,过滤后得到一个词典库
- Stemming:one way to normalize词的标准化操作
  1. 把相同意思的单词合并，多用于英文
  2. Stemming不保证合并后的单词是有效单词
  3. lemmazation方法相对于Stemming更加严格，输出为有效单词
  4. PorterStemmer算法：https://tartarus.org/martin/PorterStemmer/java.txt
  5. 语言学家指定了Porter Stemmer规则

文本表示

Word Repressentation 向量表示单词

one-hot representation 方法

词典：[我们，去，爬山，今天]
word表示：
    我们：(1,0,0,0)
    今天：(0,0,0,1)
sentence表示：
    去爬山：(0,1,1,0)
    我们去爬山去:(1,1,1,0)

Sentence Representation 向量表示句子

boolean representation 方法
- 词典中的词出现次数大于1，仍记为1，出现0次记为0
count-based representation 方法
- 词典中的词出现n次，仍记为n，出现0次记为0
- 并不是出现次数越多就越重要,越少就越不重要,反而是经常相反
tf-idf Representation 方法

tfidf(w) = tf(d,w) * idf(w)
- tf: 文档d中w的词频
- idf: log(N/N(w)),用于考虑单词的重要性
  - N: 预料库中的文档总数
  - N（w）: 词语w出现在多少个文档
- 计算的pipeline
  - 由句子构建词典

文本相似度

Sentence Similarity

计算距离（欧氏距离）：d = |s1 -s2|
- d越大，相似度越小
计算相似度（余弦相似度）：d = (s1·s2)/(|s1|*|s2|)
- d = 内积（方向）/范数（大小）Normalization
- 可以同时考虑方向、大小
- d越大，相似度越高

Word2Vector词向量

Words Similarity

one-hot representation
- 不能表达单词之间的语义相似度
- Sparsity
- 向量长度=词典维度
Distributed Representation
- 向量长度自定义
- 不稀疏，每个向量元素都不是0

Comparing the Capacities

100维的One-Hot 表示法做多可以表达100个单词
100维的分布式表示法做多可以表达无穷多个单词
因此分布式表示法的容量空间远远大与one-hot

Learn Word Embeddings

Input(string) ——> 深度学习模型 ——> Distributed Representation

1B: string contains 10^9 tokens(单词)
训练词向量的深度学习模型：skip-gram、Glowe、CBOW、RNN/LSTM、MF、Gaussian Embedding
所有模型提前需要定好参数-维度：dim/D:100/200/300（or so ,一般不超过300维）
多数公司词向量已经训练好，直接使用

Essence of Word Embedding

Word2Vec 某种意义上理解成词的意思（Meaning）

训练词向量时，可以将训练结果放到二维空间，看二维空间中的词是否有一些分类的特点

From Word Embedding to Sentence Embedding

Averaging法则: 计算出句子向量，再根据相似度计算方法计算两个句子的相似度

Inverted Index倒排表

Retrieval-based QA System

input ——> 与知识库相似度匹配 ——> 返回相似度最高的

时间复杂度很高O(N)
计算相似度= O(N)*Sim(str1,str2)

优化—解决以上时间复杂度高的问题，核心思想“层次过滤思想”

input ——>过滤1 ——> 过滤2（多层过滤）——> 相似度匹配算法（cosin-similarity）——> return

时间复杂度：过滤器1 < 过滤器2 < cosin-similarity算法