.. _sec_synonyms:
Сходство и аналогия слов
========================
В :numref:`sec_word2vec_pretraining` мы обучили модель word2vec на
небольшом наборе данных и применили её для поиска слов, семантически
близких к заданному входному слову. На практике векторы слов,
предварительно обученные на больших корпусах, могут использоваться в
задачах обработки естественного языка, которые будут рассмотрены позже в
:numref:`chap_nlp_app`. Чтобы наглядно продемонстрировать семантику
предобученных векторов слов, полученных на больших корпусах, применим их
в задачах оценки семантического сходства и аналогий.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
import os
import torch
from torch import nn
from d2l import torch as d2l
Загрузка предобученных векторов слов
------------------------------------
Ниже приведены предобученные векторные представления GloVe размерности
50, 100 и 300, которые можно загрузить с `веб-сайта
GloVe `__. Предобученные
векторные представления fastText доступны на нескольких языках. Здесь мы
рассматриваем одну английскую версию (300-мерную «wiki.en»), которую
можно загрузить с `веб-сайта fastText `__.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
#@save
d2l.DATA_HUB['glove.6b.50d'] = (d2l.DATA_URL + 'glove.6B.50d.zip',
'0b8703943ccdb6eb788e6f091b8946e82231bc4d')
#@save
d2l.DATA_HUB['glove.6b.100d'] = (d2l.DATA_URL + 'glove.6B.100d.zip',
'cd43bfb07e44e6f27cbcc7bc9ae3d80284fdaf5a')
#@save
d2l.DATA_HUB['glove.42b.300d'] = (d2l.DATA_URL + 'glove.42B.300d.zip',
'b5116e234e9eb9076672cfeabf5469f3eec904fa')
#@save
d2l.DATA_HUB['wiki.en'] = (d2l.DATA_URL + 'wiki.en.zip',
'c1816da3821ae9f43899be655002f6c723e91b88')
Чтобы загрузить эти предварительно обученные векторные представления
GloVe и fastText, мы определяем следующий ``TokenEmbedding`` класс.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
#@save
class TokenEmbedding:
"""Token Embedding."""
def __init__(self, embedding_name):
self.idx_to_token, self.idx_to_vec = self._load_embedding(
embedding_name)
self.unknown_idx = 0
self.token_to_idx = {token: idx for idx, token in
enumerate(self.idx_to_token)}
def _load_embedding(self, embedding_name):
idx_to_token, idx_to_vec = [''], []
data_dir = d2l.download_extract(embedding_name)
# GloVe website: https://nlp.stanford.edu/projects/glove/
# fastText website: https://fasttext.cc/
with open(os.path.join(data_dir, 'vec.txt'), 'r') as f:
for line in f:
elems = line.rstrip().split(' ')
token, elems = elems[0], [float(elem) for elem in elems[1:]]
# Skip header information, such as the top row in fastText
if len(elems) > 1:
idx_to_token.append(token)
idx_to_vec.append(elems)
idx_to_vec = [[0] * len(idx_to_vec[0])] + idx_to_vec
return idx_to_token, torch.tensor(idx_to_vec)
def __getitem__(self, tokens):
indices = [self.token_to_idx.get(token, self.unknown_idx)
for token in tokens]
vecs = self.idx_to_vec[torch.tensor(indices)]
return vecs
def __len__(self):
return len(self.idx_to_token)
Ниже мы загружаем 50-мерные эмбеддинги GloVe (предобученные на
подмножестве Википедии). При создании объекта ``TokenEmbedding``
указанный файл с эмбеддингами должен быть загружен, если он ещё не был
загружен.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
glove_6b50d = TokenEmbedding('glove.6b.50d')
Выведите размер словаря. Словарь содержит 400 000 слов (токенов) и
специальный неизвестный токен.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
len(glove_6b50d)
Мы можем получить индекс слова в словаре и наоборот.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
glove_6b50d.token_to_idx['beautiful'], glove_6b50d.idx_to_token[3367]
Применение предварительно обученных векторов слов
-------------------------------------------------
Используя загруженные векторы GloVe, мы продемонстрируем их
семантические свойства, применив их в следующих задачах на сходство слов
и аналогии.
Сходство слов
~~~~~~~~~~~~~
Как и в :numref:`subsec_apply-word-embed`, для поиска слов,
семантически близких к входному слову на основе косинусного сходства
векторов слов, мы реализуем следующую функцию ``knn``
(:math:`k`-ближайших соседей).
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
def knn(W, x, k):
# Add 1e-9 for numerical stability
cos = torch.mv(W, x.reshape(-1,)) / (
torch.sqrt(torch.sum(W * W, axis=1) + 1e-9) *
torch.sqrt((x * x).sum()))
_, topk = torch.topk(cos, k=k)
return topk, [cos[int(i)] for i in topk]
Затем мы ищем похожие слова, используя предварительно обученные вектора
слов из объекта ``TokenEmbedding`` ``embed``.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
def get_similar_tokens(query_token, k, embed):
topk, cos = knn(embed.idx_to_vec, embed[[query_token]], k + 1)
for i, c in zip(topk[1:], cos[1:]): # Exclude the input word
print(f'cosine sim={float(c):.3f}: {embed.idx_to_token[int(i)]}')
Словарь предобученных векторов слов в ``glove_6b50d`` содержит 400 000
слов и специальный неизвестный токен. Исключая входное слово и
неизвестный токен, найдём среди этого словаря три наиболее семантически
близких слова к слову «chip».
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_similar_tokens('chip', 3, glove_6b50d)
Ниже приведены слова, наиболее похожие на «baby» и «beautiful».
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_similar_tokens('baby', 3, glove_6b50d)
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_similar_tokens('beautiful', 3, glove_6b50d)
Словесные аналогии
~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Помимо поиска похожих слов, мы можем также применять векторы слов для
решения задач на словесные аналогии. Например, соотношение
«мужчина»:«женщина»::«сын»:«дочь» представляет собой форму словесной
аналогии: «мужчина» относится к «женщине» так же, как «сын» относится к
«дочери». Конкретнее, задача дополнения словесной аналогии может быть
определена следующим образом: для аналогии :math:`a : b :: c : d`, зная
первые три слова :math:`a`, :math:`b` и :math:`c`, найдите слово
:math:`d`. Обозначим вектор слова :math:`w` как :math:`\textrm{vec}(w)`.
Чтобы дополнить аналогию, мы найдем слово, вектор которого наиболее
близок к результату вычисления
:math:`\textrm{vec}(c)+\textrm{vec}(b)-\textrm{vec}(a)`.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
def get_analogy(token_a, token_b, token_c, embed):
vecs = embed[[token_a, token_b, token_c]]
x = vecs[1] - vecs[0] + vecs[2]
topk, cos = knn(embed.idx_to_vec, x, 1)
return embed.idx_to_token[int(topk[0])] # Remove unknown words
Давайте проверим аналогию «мужчина-женщина» с помощью загруженных
векторов слов.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_analogy('man', 'woman', 'son', glove_6b50d)
Ниже приведена аналогия «столица-страна»: «Пекин» относится к «Китаю»,
как «Токио» относится к «Японии». Это демонстрирует семантику в
предварительно обученных векторах слов.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_analogy('beijing', 'china', 'tokyo', glove_6b50d)
Для аналогии «прилагательное: превосходная степень прилагательного»,
например «bad»:“worst”::“big”:“biggest”, видно, что предварительно
обученные векторы слов могут захватывать синтаксическую информацию.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_analogy('bad', 'worst', 'big', glove_6b50d)
Чтобы продемонстрировать, что предобученные векторные представления слов
захватывают понятие прошедшего времени, мы можем проверить синтаксис с
помощью аналогии «настоящее время–прошедшее время»:
«do»:“did”::“go”:“went”.
.. raw:: latex
\diilbookstyleinputcell
.. code:: python
get_analogy('do', 'did', 'go', glove_6b50d)
Итоги
-----
- На практике векторы слов, предварительно обученные на больших
корпусах, могут применяться для решения последующих задач обработки
естественного языка.
- Предобученные векторные представления слов можно применять для решения
задач на определение сходства слов и аналогий.
Упражнения
----------
1. Проверьте результаты fastText с помощью
``TokenEmbedding('wiki.en')``.
2. Когда словарь чрезвычайно велик, как можно быстрее находить похожие
слова или завершать словесные аналогии?
`Обсуждения `__