[DeeplearningAI笔记]序列模型2.1-2.2词嵌入word embedding

5.2自然语言处理

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2.1词汇表征 Word representation

• 原先都是使用词汇表来表示词汇，并且使用1-hot编码的方式来表示词汇表中的词汇。
  
  • 这种表示方法最大的缺点是 它把每个词孤立起来，这样使得算法对相关词的泛化能力不强
• 例如：对于已知句子“I want a glass of orange ___ ” 很可能猜出下一个词是"juice".
• 如果模型已知读过了这个句子但是当看见句子"I want a glass of apple ___ ",算法也不能猜出下一个词汇是"juice"，因为算法本身并不知道“orange”和“apple”之间的关系。也许比起苹果，橙子与其他单词之间的距离更近。即算法并不能从“orange juice”是一个很常见的短语而推导出“apple juice”也是一个常见的短语。
• 这是因为任意两个用“one-hot”编码表示的单词的内积都是0。

特征表示：词嵌入 (Featurized representation: word embedding)

• 使用特征化的方法来表示每个词，假如使用性别来作为一个特征，用以表示这些词汇和 性别 之间的关系。

	Man	Woman	King	Queen	Apple	Orange
Gender	-1	1	-0.95	0.97	0.00	0.01

• 当然也可以使用这种方法表示这些词汇和 高贵 之间的关系。

	Man	Woman	King	Queen	Apple	Orange
Royal	0.01	0.02	0.93	0.95	-0.01	0.00

• 使用各种特征对词汇表中的单词进行表示

	Man	Woman	King	Queen	Apple	Orange
Gender	-1	1	-0.95	0.97	0.00	0.01
Royal	0.01	0.02	0.93	0.95	-0.01	0.00
Age	0.03	0.02	0.7	0.69	0.03	-0.02
Food	0.09	0.01	0.02	0.01	0.95	0.97

• 假设为了表示出词汇表中的单词，使用300个特征进行描述，则词汇表中的每个单词都被表示为一个300维的向量。此时使用e_NO.表示特定的单词，例如Man表示为\(e_{5391}\),Woman表示为\(e_{9853}\),King表示为\(e_{4914}\)
• 对于词嵌入的表示形式通过大量不同的特征来表示词汇，在填词处理时，会更容易通过Orange juice而联想到 Apple juice.

可视化词向量 (Visualizing word embedding)

Maaten L V D, Hinton G. Visualizing Data using t-SNE[J]. Journal of Machine Learning Research, 2008, 9(2605):2579-2605.

• 对于词向量的可视化，是将300维的特征映射到一个2维空间中--t-SNE算法
  

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2.2使用词嵌入 Using word embeddings

• 继续使用实体命名识别(named entity recognition)的例子,示例："Sally Johnson is an orange farmer"Sally Johnson 是一个种橙子的农民。对于Sally Johnson,我们能很快识别出这是一个人名，这是因为看到了"orange farmer"这个词，告诉我们Sally Johnson是一个农民。
• 使用词嵌入的方式，很快能够识别出橙子和苹果是同类事物。在句子“Sally Johnson is an orange farmer”中识别出Sally Johnson是一个人名后，在句子“Robert Lin is an apple farmer”中也可以很容易的识别出Robert Lin是一个人名。
• 词嵌入文本识别的方法基于的是一个巨大的文本库，只有使用巨量的文本作为训练集的基础上，系统才会真正的有效。一个NLP系统中，使用的文本数量达到了1亿甚至是100亿。
  • 在你的识别系统中，也许训练集只有100K的训练数据，但是可以使用迁移学习的方法，从大量无标签的文本中学习到大量语言知识。

将迁移学习运用到词嵌入 (Transfer learning and word embeddings)

1. 先从一个非常大的文本集中学习词嵌入，或者从网上下载预训练好的词嵌入模型。
2. 使用词嵌入模型，将其迁移到自己的新的只有少量标注的训练集的任务中。
3. 优化模型:持续使用新的数据来微调自身的词嵌入模型。

• 词嵌入技术在自身的标注训练集相对较少时优势最为明显。在 实体命名识别(named entity recognition),文本摘要(text summarization),文本解析(co-reference resolution),指代消解(parsing)中应用最为广泛 在 语言模型(language modeling), 机器翻译(Machine translation)中应用较少 因为这些任务中，你有大量的数据而不一定需要使用到词嵌入技术。

词嵌入与人脸编码(word embeddings and face encoding)

Taigman Y, Yang M, Ranzato M, et al. DeepFace: Closing the Gap to Human-Level Performance in Face Verification[C]// IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. IEEE Computer Society, 2014:1701-1708.

• 词嵌入技术与人脸编码技术之间有奇妙的关系，在人脸编码任务中，通过卷积神经网路将两张人脸图片进行编码成为两个128维的数据向量，然后经过比较判断两张图片是否来自于同一张人脸。
  • 对于人脸识别问题，无论这张图片原先是否认识过，经过卷积神经网络处理后，都会得到一个向量表征。
  • 对于词嵌入问题，则是有一个固定的词汇表，对于词汇表中的每个单词学习一个固定的词嵌入表示方法。而对于没有出现在词汇表中的单词，视其为UNK(unknowed word)
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