原創 《數學之美》讀書筆記 第3章

2021-10-05 10:06:07 字數 2077 閱讀 7271

假設有乙個句子「明天校長威廉斯打算宣布捐助1000萬元給落後鄉村建立一所希望小學」。改一下詞的順序,變成「校長威廉斯明天捐助打算宣布1000萬元給鄉村建立落後小學一所希望」。再改一下順序,變成「威廉斯校宣布長捐助明鄉村10天萬元落後10希望一所小建立學」。

第一句話,能明白句子的含義,第二句話,大概讀下來能才懂它的意思,而對於第三句話,基本就搞不懂它的含義了。正如上一章所言,上個世紀以前,科學家們的想法是試圖判斷整個文字的序列是否合乎文法、含義是否正確等,這條路走不通。而賈里尼克換了乙個角度,用乙個簡單的統計模型解決了這個問題。

他的出發點是:要想判斷乙個句子是否合理,就看它的可能性,也就是概率有多大。假設上面的三個句子,第乙個句子的概率最大,那麼它就是最合理的句子。

判斷它的概率,首先得降句子分成若干個詞wi,然後求其各個詞的條件概率,再相乘即可。根據其條件概率p(wi | …),「…」中考慮的是wi前面的多少個詞,將其分成?元模型(假設按照馬爾可夫假設,即只考慮前面的乙個詞相關,則稱為二元模型,若考慮乙個詞與前面的n-1個詞相關,則成為n元模型)。

而對於條件概率p(wi | wi-1),根據大數定理,只要資料量足夠大,那麼它可由wi和wi-1在語料庫**現的次數相除得到。讀到這裡,我才慢慢感悟到,原來大家說的物極至簡是這麼乙個道理。。這麼強大的功能,原來其背後的數學公式如此地簡單。

不過,一般情況下,基本採用3元模型或者最多4元模型(谷歌的羅塞塔翻譯系統),因為當n取值越大時,空間和時間複雜度會以指數級的數量增大,並且詞的上下文相關性可能會關聯到上下段落,因此不論n取值多大,都不可能完全覆蓋所有情況,這就是馬爾可夫假設的侷限性(吳軍:這時需要用一些長程的依賴性解決)。

零概率問題:對於條件概率p(wi | wi-1),等於wi和wi-1在語料庫**現的次數#相除,可能會出現概率為0的情況。這就涉及到了統計的可靠性問題。在數理統計當中,之所以按照上述方式計算概率,是有大數定理的存在,即增加資料量,但是即使資料量增加了,零概率問題也不可避免。這種模型稱之為**「不平滑」**。

為了解決不平滑問題,古德和他的老闆圖靈,給出了一種新的概率估計公式(古德-圖靈估計)。

古德-圖靈估計的原理是:對於沒有看見的事件(即出現次數為0的詞),不能認為它的概率就是零,因此要從概率的總量中,分配乙個很小的比例給這些沒有看見的事件。而對於看見的事件概率需要調小,「越是不可信的事件折扣越多」(我的理解是:出現次數越少的事件概率調的越小)。

下面以統計詞典中的每個詞的概率為例子。假設語料庫**現r詞的詞有nr個,特別的,未出現的詞的數量為n0,語料庫的總大小為n。

那麼出現r詞的詞在整個語料庫中的相對頻度為r*nr/n,若不做任何優化的情況下,該相對頻度則當做這些詞的概率估計。若要按照古德圖靈估計,則對於出現次數小於一定閾值(即出現次數小於乙個特定值)的詞,要假設它們的出現次數為dr(而不直接使用r),將其概率下調,且將下調得到的概率給未出現的詞。

dr的計算公式為:dr = (r+1)*nr+1/nr

注:這裡提到zipf定律,即一般在語料庫中,出現的次數r越大,其詞的個數nr就越小

所以,當r很小時,nr+1/nr是乙個很小的值,故dr0。這樣就可以給未出現的詞賦予乙個很小的非零值,達到解決零概率問題的目的。

而至於r越小,打的折扣越多,我個人的理解是:由書中給出的zipf定律曲線可以看出,曲線在r越小的時候越陡,所以此時使得nr+1/nr的值越小(nr增大幅度更大,nr+1增大幅度相對更小),因此dr與r的差別也就越大,dr越小,使得打的折扣也就越多。

(不過對於書中講述的,採取這種估計方法後,出現r詞的詞的概率估計為dr/n,對於這點我不是很明白。。。以後再反覆理解吧。)

二元模型概率的公式如下:

f(wi|wi-1) if #(wi|wi-1)>=t

p(wi|wi-1)= fgt(wi|wi-1) if 0<#(wi|wi-1)q(wi-1)*f(wi) otherwise

注意:t為某一閥值,fgt()表示經過古德-圖靈估計後的相對頻度,而q(wi-1)=(1-∑p(wi|wi-1))/∑f(wi)

暫無後續了,由於讀研方向是cv,所以暫時放下這本書的閱讀。。。

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