思考 tf idf之於文字分類

2021-06-09 21:23:17 字數 1849 閱讀 9916

因為工作中需要用到計算詞語權重,進而作詞與選擇,思考了一下tf/idf。

首先還是簡單介紹一下tf/idf。

這個概念最開始用於資訊檢索。tf表示term frequency,通常是指詞頻;idf表示inversed document frequency,是文件頻率的倒數。計算方式如下:通常是對於一篇文件,統計某個詞出現的次數,並用文件中的總詞數作歸一化,計算出的tf在(0,1)之間。同時,統計這個詞在整個文件集合中出現在哪些文件當中,記錄下這些文件的個數,用總文件數做歸一化,作為df。直觀上,某個詞對於某個類別越重要,則他在這個類別的tf越高;對於df,如果df越大,表明他在各個文件中都有出現,那麼他對目標文件的重要性越低。總之,某個詞的重要程度與tf成正比,與df成反比,也就是與idf成正比。當然,idf計算之前還要取log值。這一點,在吳軍的《數學之美》中解釋,tf/idf的物理意義來自於資訊理論,是在某個特定情況下,是詞語分布與文件分布的kl距離。關於這個資訊理論的解釋,我在網上搜了好久,沒有見到簡潔的推導;自己想了想,也沒有太想明白。關於tf/idf的詳細介紹請參考維基百科。

tf/idf表徵了詞語和文件之間的關係,將它用於資訊檢索是很直觀的事情。不過,我遇到的問題不實資訊檢索。如果是文字分類,用tf/idf選擇某個類別的文字的特徵詞,如何?

與上面的問題相比,文字分類問題更複雜一些,因為除了詞語、文件這兩個原有的維度,又多了乙個文件類別的維度。在文字分類的特徵選擇過程中,計算tf/idf,首先要面臨的問題是,如何定義idf?即如何定義idf中的d,即「文件」這一概念。有不同種選擇。我們先老老實實地沿用資訊檢索中的概念,文件就是一篇文章。那麼接下來的問題是,在多大的範圍內計算df?對於某個類別,用tf/idf來選擇這個類別相關的特徵詞,tf的計算範圍當然是僅限於這個類別中了,即統計這個類別的文章裡面,特徵詞出現的次數。那df呢?可以是全域性統計,也可以是在這個類別當中統計。如果是後者,似乎感覺怪怪的——即便是df很低,那只能說這個詞在這個類別中出現的也不均勻,也不能說明它的重要啊。如果是全域性統計,也存在類似的問題,就是不論df是大是小,都和當前的類別無關。tf/idf本來就是計算詞語和文件的關係的,關類別鳥事?!

怎麼辦呢?

一種方法,很直觀,把傳統tf/idf中的「文件」的概念替換為「類別」的概念。df就表示當前特徵詞語在哪些類別中(而不是哪些文件中)出現了。tf自然是特徵詞在類別中出現的次數了。這樣,沿用傳統的公式,也就可以計算了。不過這樣也不見得就好。通常來講類別數目不多,特徵詞很容易就在所有類別中都出現過,這樣計算出來的idf值是0,詞語沒有任何區分能力。而這個詞明明是在當前類別中出現了很多次,在其他類別中雖然也出現了,但是出現的次數很少——總之一句話,這個詞對當前類別是有區分能力的。還有問題,就是某個詞語的df可能很大,不過這些df都是出現在同乙個類別當中,這時候這個詞語正式表徵這個類別的特徵詞,但是計算出來的tf/idf值可能很小,無法作為特徵詞被選中。

又怎麼辦呢?

問題的根源在於,傳統tf/idf是定義「詞語——文件」兩個維度的關係的,並且兩個維度中不同詞語和不同文件的資料都很多(統計起來也有區分力);而現在,擴充套件到了「詞語——文件——類別」三個維度關係,並且類別的數目遠小於其他兩個維度的數目。上網上找了一下,這個問題在學術界,尤其是文字分類任務中,也有被發現,解決方法是擴充tf/idf的計算方式。擴充的思路就是加入詞語和類別之間的分布資訊;擴充的手法就五花八門,有很複雜的。不過個人喜歡乙個簡單的擴充:

原始idf計算:

idf (term) = log ( n / n_term )

其中n是文件集合中文件的數目,n_term是包含詞語term的文件數目。

改進的idf計算:

idf (term) = log ( n * m / n_term )

其中m是當前類別中包含詞語term的文件數——這個要與最終計算的詞語對該類別的權重成正比。

就想到這裡了,寫下來,備忘;也不知道說明白問題沒有?!

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