【深度学习】word2vec(下)

4.1 Hierarchical softmax

softmax 的一种近似形式,本质是把 N 分类问题变成 log(N)次二分类。

4.2 negative sampling

本质是预测总体类别的一个子集

Q1. gensim 和 google的 word2vec 里面并没有用到onehot encoder,而是初始化的时候直接为每个词随机生成一个N维的向量,并且把这个N维向量作为模型参数学习;所以word2vec结构中不存在文章图中显示的将V维映射到N维的隐藏层。

A1. 其实,本质是一样的,加上 one-hot encoder 层,是为了方便理解,因为这里的 N 维随机向量,就可以理解为是 V 维 one-hot encoder 输入层到 N 维隐层的权重,或者说隐层的输出(因为隐层是线性的)。每个 one-hot encoder 里值是 1 的那个位置,对应的 V 个权重被激活,其实就是『从一个V*N的随机词向量矩阵里,抽取某一行』。学习 N 维向量的过程,也就是优化 one-hot encoder 层到隐含层权重的过程

Q2. hierarchical softmax 获取词向量的方式和原先的其实基本完全不一样,我初始化输入的也不是一个onehot,同时我是直接通过优化输入向量的形式来获取词向量?如果用了hierarchical 结构我应该就没有输出向量了吧?

A2. 初始化输入依然可以理解为是 one-hot,同上面的回答;确实是只能优化输入向量,没有输出向量了。具体原因,我们可以梳理一下不用 hierarchical (即原始的 softmax) 的情形:

隐含层输出一个 N 维向量 x, 每个x 被一个 N 维权重 w 连接到输出节点上,有 V 个这样的输出节点,就有 V 个权重 w,再套用 softmax 的公式,变成 V 分类问题。这里的类别就是词表里的 V 个词,所以一个词就对应了一个权重 w,从而可以用 w 作为该词的词向量,即文中的输出词向量。

PS. 这里的 softmax 其实多了一个『自由度』,因为 V 分类只需要 V-1 个权重即可

我们再看看 hierarchical softmax 的情形:

隐含层输出一个 N 维向量 x, 但这里要预测的目标输出词,不再是用 one-hot 形式表示,而是用 huffman tree 的编码,所以跟上面 V 个权重同时存在的原始 softmax 不一样, 这里 x 可以理解为先接一个输出节点,即只有一个权重 w1 ,输出节点输出 1/1+exp(-w*x),变成一个二分类的 LR,输出一个概率值 P1,然后根据目标词的 huffman tree 编码,将 x 再输出到下一个 LR,对应权重 w2,输出 P2,总共遇到的 LR 个数(或者说权重个数)跟 huffman tree 编码长度一致,大概有 log(V) 个,最后将这 log(V) 个 P 相乘,得到属于目标词的概率。但注意因为只有 log(V) 个权重 w 了,所以跟 V 个词并不是一一对应关系,就不能用 w 表征某个词,从而失去了词向量的意义

PS. 但我个人理解,这 log(V) 个权重的组合,可以表示某一个词。因为 huffman tree 寻找叶子节点的时候,可以理解成是一个不断『二分』的过程,不断二分到只剩一个词为止。而每一次二分,都有一个 LR 权重,这个权重可以表征该类词,所以这些权重拼接在一起,就表示了『二分』这个过程,以及最后分到的这个词的『输出词向量』。

我举个例子:

假设现在总共有 (A,B,C)三个词,huffman tree 这么构建:
第一次二分: (A,B), (C)
假如我们用的 LR 是二分类 softmax 的情形(比常见 LR 多了一个自由度),这样 LR 就有俩权重,权重 w1_1 是属于 (A,B) 这一类的,w1_2 是属于 (C) 的, 而 C 已经到最后一个了,所以 C 可以表示为 w1_2

第二次二分: (A), (B)
假设权重分别对应 w2_1 和 w2_2,那么 A 就可以表示为 [w1_1, w2_1], B 可以表示为 [w1_1, w2_2]

这样, A,B,C 每个词都有了一个唯一表示的词向量(此时他们长度不一样,不过可以用 padding 的思路,即在最后补0)

当然了,一般没人这么干。。。开个脑洞而已

参考:

[NLP] 秒懂词向量Word2vec的本质 - 穆文的文章 - 知乎 

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