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【吴恩达深度学习】自然语言处理---个人总结（持续更新）_吴恩达自然语言处理习题资料

作者：Monodyee | 2024-05-27 03:44:12

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吴恩达自然语言处理习题资料

这门大课主要知识点有：

吴恩达深度学习专业-自然语言处理--个人总结

一、GRU--Gated Recurrent Unit
二、LSTM-- Long short-term memory
三、Word Embedding
四 Seq2Seq
五 Language Model&Machine translation
六、 Beam search
七、BLEU分数
八、语音辨识模型
九、触发字检测
十、习题汇总：

一、GRU–Gated Recurrent Unit

1.GRU(Gated Recurrent Unit) —解决语句中后面的单词对前面的输出存在依赖的问题，比如：时态

RNN单元结构图
在这里插入图片描述
GRU单元结构图

$memory\space cell$
$\tilde c^{\langle t \rangle} = tanh(W_c[c^{\langle t-1 \rangle}, X^{\langle t \rangle}] + b_c)\tag{1}$
$\Gamma_u = \sigma(W_u[c^{\langle t-1 \rangle}, X^{\langle t \rangle}] + bu) \tag{2}$
$c^{\langle t \rangle} = \Gamma_u*\tilde c^{\langle t \rangle} + (1 - \Gamma_u)*c^{\langle t-1 \rangle} \tag{3}$

二、LSTM-- Long short-term memory

2.LSTM–长短时记忆门，主要六个公式（两个输入，三个门，三个输出）

在这里插入图片描述

三、Word Embedding

3.Word Embedding（词嵌入）

Word Embedding 这个在术语是运用数学方法来表示一个词，类似于数学中的映射（f: x -> y)，但为什么不叫Word Mapping 了？这就要弄明白Embedding的数学意思了。
这个词Embedding，它广泛存在于包括代数、拓扑与几何等诸多数学领域。它主要表征某个数学结构中的一个实例被包含在另外一个实例中，例如一个group它同时又是一个subgroup。

看到加粗的地方我的思路就开始清晰了，嵌入是在强调一个实例被包含到另外一个实例中，而映射是不一定的。自然语言处理技术就是利用数学向量的方法，把我们生活中所遇到的词用低维向量的方式表示输入给机器，这样计算机可以更清晰明确地理解单词的意思。而我们人类社会现在创造的词汇都是已知的，确定的，这个集合对于现在的计算机来说，其实很小，所以我们完全可以创造另外一个实例来包含它，因此把这个概念叫做“Word Embedding”

词嵌入的方法主要有:n-gram、BOW、Word2Vec（Word2Vec分CBOW和skip-gram两种方法）、GloVe
Word2Vec有两种模型：CBOW和Skip-Gram，每种模型都可以使用Hierarchical softmax 或negative sampling 算法
n-gram 是指基于一个假设：第n个词出现与前n-1个词相关，而与其它任何词不相关。整个句子出现的概率等于各个词出现的概率乘积。各个词的概率可以通过语料中统计计算得到。
常见的有：unigrams（一元语法）、 bigrams（二元语法）、 trigrams（三元语法）
假设句子T是由词序列w1, w2, w3…wn组成，用公式N-Gram语言模型如下：
P(T) = P(w1)*p(w2)*p(w3)***p(wn)=p(w1)*p(w2|w1)*p(w3|w1w2)***p(wn|w1w2w3…)
参考资料：
1.N-Gram语言模型
2.自然语言处理中N-Gram模型介绍
3.N-gram模型
在这里插入图片描述

给定一些确定的词组训练比如 Man -> Woman，让模型判断King和Queen是不是词义相近的词的算法原理就是计算 $e_{Man} - e_{Woman} {\approx} e_{King}-e_{Queen}$ ，如下图所示：

下图是一个单词的词嵌入矩阵的计算方法，比如单词j的嵌入矩阵 $e_{j}$
在这里插入图片描述

词嵌入学习过程如下两张图所示，模型可以只取当前时刻的前四个的词嵌入矩阵来进行预测输出，也可以通过前后1个单词或者前面一个单词来进行预测输出：
在这里插入图片描述

–词嵌入算法模型中softmax的计算量太大，因为下图公式的分母要进行10K次相加，我们可以用Hierarchical softmax classifier来进行减轻计算量，这中分类其类似二叉树的算法，判断预测值是在前5K个单词中还是后5K个单词中，然后再一次二分
在这里插入图片描述
以上，所介绍的方法就叫skip-Gram,他的缺点就是计算量太大，softmax要进行100000次相加。

另外一种方法叫“negative sample”，就是应用监督式学习的方法，对于上下文 orange ，我们把juice标定为1，认为orange后面的输出预测，其它随机四个单词比如King book the of 表位0，认为他们不是一个好的预测，这样我们就有四个负样本（一本如果语料库很大的话，我们选2-5个，语料库少的话我们就选5-20个负样本）

在这里插入图片描述

负采样算法原理，就是每次迭代我们只计算K+1次逻辑斯蒂计算 $\sigma(\theta_{t}^Te_{c})$ ，相比skip-gram要计算整个语料库100000次，大大减少了运算量
在这里插入图片描述
-------如何选取负采样样本，如下图所示

–sentiment classification 情绪分类，给一段文字，识别里面表达的情绪
在这里插入图片描述
3.2 Word Embedding bias
常见词嵌入的偏差：有性别偏差，种族偏差、性取向偏差等等，消除这些偏差的方法步骤如下：

四 Seq2Seq

4.Seq2Seq（sequence to sequence)以及image to sequence
—sequence to sequence 模型如下图所示：
在这里插入图片描述
—image to sequence模型如下图所示：

五 Language Model&Machine translation

Language Model和Machine translation 的区别
Machine translation 相当于创建一个有条件的语言模型，因为它的输入不是0
Machine translation as building a conditional language model

六、 Beam search

Beam search(束搜索）
机器翻译会产生很多种输出，束搜索就是翻译第一个单词的时候，模型先选择B个概率最大的单词（比如3个），形成3组网络再进行预测第二个单词，第三个单词…

先选出第一个单词中的3个概率最大的，如下图所示，in 、Jane、September，分别以此为基础进行预测第二个输出单词
在这里插入图片描述
三组网络都得出最大概率的第二个单词后，继续进行预测第三个单词，

在这里插入图片描述
B的取值越大，计算速度越慢，当B=1时，就相当于“贪婪搜索”（Greedy Search）
—Beam Search模型误差分析：

七、BLEU分数

Bleu 给定一个机器翻译结果，它能够自动给出这个翻译结果的分数，以衡量机器翻译的好坏。是一个单一数字指标。

这种评测方法通过对候选翻译与参考文本中的相匹配的n元组进行计数，其中一元组（unigram）比较的是每一个单词，而二元组（bigram）比较的是每个单词对。这种比较是不管单词顺序的。
浅谈用Python计算文本BLEU分数
在这里插入图片描述

NLTK提供了一个corpus_bleu()函数来计算多个句子（如段落或文档）的Bleu分数。

from nltk.translate.bleu_score import sentence_bleu
reference = [['this', 'is', 'small', 'test']]
candiate = ['this', 'is', 'a', 'test']
score = sentence_bleu(reference, candiate, weights=(1, 0, 0, 0))
print(score)
1
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3
4
5