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nlp文本分析c语言,NLP 文本生成

nlp in c

序言

其实个人比较希望学会实现自动文本生成,目前的 level 还很低,所以这次做一个概览。

但是我不满足于只会使用,我希望可以懂得背后的数学原理,可以用任何一种语言去实现。

引入

AI写诗?? AI创作小说?? 近年来人们时常听到这类新闻,听上去很不可思议,那么今天我们来一探究竟,这种功能是如何通过深度学习来实现的。

通常文本生成的基本策略是借助语言模型,这是一种基于概率的模型,可根据输入数据预测下一个最有可能出现的词,而文本作为一种序列数据 (sequence data),词与词之间存在上下文关系,所以使用循环神经网络 (RNN) 基本上是标配,这样的模型被称为神经语言模型 (neural language model)。

在训练完一个语言模型后,可以输入一段初始文本,让模型生成一个词,把这个词加入到输入文本中,再预测下一个词。

这样不断循环就可以生成任意长度的文本了,如下图给定一个句子 ”The cat sat on the m“ 可生成下一个字母 ”a“ :

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图中语言模型 (language model) 的预测输出其实是字典中所有词的概率分布,而通常会选择生成其中概率最大的那个词。不过图中出现了一个采样策略 (sampling strategy),这意味着有时候我们可能并不想总是生成概率最大的那个词。

设想一个人的行为如果总是严格遵守规律缺乏变化,容易让人觉得乏味;同样一个语言模型若总是按概率最大的生成词,那么就容易变成 XX 讲话稿了。

因此在生成词的过程中引入了采样策略,在最后从概率分布中选择词的过程中引入一定的随机性,这样一些本来不大可能组合在一起的词可能也会被生成,进而生成的文本有时候会变得有趣甚至富有创造性。

采样的关键是引入一个temperature参数,用于控制随机性。假设 p(x) 为模型输出的原始分布,则加入 temperature 后的新分布为:

几种方式

One-hot encoding + LSTM

Embedding + 双向GRU (birdectional GRU)

第二个模型与上一个有3个不同点:

上面这个例子是字符级别 (character-level) 的语言模型,每个句子都以单个字符为单位,这个例子中我们以词组为单位进行训练,所以首先要用 jieba 分词将句子分成词组。

用词嵌入 (word embedding) 代替one-hot编码,节省内存空间,同时词嵌入可能比 one-hot 更好地表达语义。

用双向GRU (birdectional GRU) 代替LSTM,双向模型同时利用了正向序列和反向序列的信息,再将二者结合起来,如下图所示:

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Embedding + GRU + Conv1D + 反向 Conv1D

卷积神经网络一般多用于图像领域,主要由于其独特的局部特征提取功能。

但人们发现一维卷积神经网络 (Conv1D) 同样适合序列数据的处理,因为其可以提取长序列中的局部信息,这在特定的 NLP 领域 (如机器翻译,自动问答等) 中非常有用。

另外值得一提的是相比于用 RNN 处理序列数据,Conv1D的训练要快得多。

受上个例子中双向模型的启发,这里我也同时使用了正向和反向序列的信息,最后的模型大致是这样:

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参考资料

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