词嵌入(word embedding)

在学习自然语言处理(NLP，Natural Language Processing)时，最先遇到的一个概念，可能就是词嵌入(word embedding)了。

词嵌入，是让AI真正理解人类自然语言的技术(看完本文再回过头来看这句话，或许会有不一样的认识)。

那什么是词嵌入呢? 在自然语言处理中为什么需要词嵌入技术呢？

1、什么是词嵌入？

词嵌入，英文 Word Embedding，是自然语言处理中的一项关键技术。

简单来说，它就是把单词或汉字转换成向量的过程。

我们知道，计算机在处理任何形式的数据时，处理的都是数字，更极端点处理的都是二进制数字。不论是显示图片、文本，还是播放语音、视频，在计算机看来都是数据流。

因此，计算机在处理文本时，只有将文本转换成数字形式才能进行计算，而词嵌入就是为了解决这个问题。

它将每个单词映射成一个向量，这个向量可以用来表示这个单词的语义和特征。

举个例子，我们可以把“苹果”这个单词映射成一个向量[0.2, 0.9, -0.1, ...]，把“香蕉”映射成[0.5, -0.3, 0.8, ...]，这样计算机在看到向量[0.2, 0.9, -0.1, ...]时，就能够理解这个单词是“苹果”了。

2、为什么需要词嵌入？

我猜你肯定会问一个问题：为什么不直接用数字来表示单词，而非要搞出一个向量呢？

这是因为单纯用数字表示单词，会丢失掉很多有用的信息。

比如，假设用数字1代表“苹果”，用数字2代表“香蕉”，虽然这样可以区分出“苹果”和“香蕉”，但是无法表示他们之间的关系。我们不能因为2大于1就说，香蕉要比苹果好，或者香蕉比苹果不好。

因为数字是有大小关系的，而单词是没有大小关系的，单词有的仅仅是相关性。

而词嵌入的好处在于，它能够在向量空间中保持单词之间的相似关系，也就是说，语义相近的单词在向量空间中会有相近的表示。

举个例子，我们用一个二维向量表示单词，可以把“苹果”表示为[1, 1]，把“香蕉”表示为[2, 2]。在这个向量空间中，你会发现这两个向量非常接近(可以更科学的计算两者之间的距离)，因为它们的含义很相似，这点其实和one-hot编码有点像，可以查看5分钟理解 one-hot 编码。

这样的表示方式使得计算机能够更好地理解单词之间的关系，比如在文本分类、情感分析等任务中，word embedding 可以使模型更准确地识别单词的含义和上下文。

3、一个例子

接下来看一个例子，来更直观地理解 word embedding 的作用。

假设我们要对一篇文章中的单词进行编码，有四个单词：“猫”、“狗”、“鱼”、“跑”。

首先，用数字表示这些单词：

- 猫：1

- 狗：2

- 鱼：3

- 跑：4

如果我们只是用数字表示，那么计算机只能知道它们是不同的单词，无法确定“猫”和“狗”更接近，还是“鱼”和“跑”更接近，因为他们之间的数值都相差1。

现在我们来用 word embedding 方法来表示这些单词，词向量可能是：

- 猫：[0.2, 0.7]

- 狗：[0.3, 0.9]

- 鱼：[-0.5, 0.2]

- 跑：[0.8, -0.1]

将这四个向量画在坐标轴上，如图所示：

可以看到，“猫”和“狗”这两个向量非常接近，因为它们都属于动物，“鱼”和“跑”这两个向量则相距很远，因为它们不论属性还是含义都相差很远。

这样的表示方式让计算机能够更好地理解单词之间的关系，比如在文本分类任务中，当计算机遇到一个句子“猫和狗在跑”，它会知道“猫”和“狗”是相似的词，而“跑”则和它们有些不同。

通过 word embedding 技术，将单词转换成向量表示，保留了单词之间的语义和特征关系，这样计算机便能够更准确地理解文本中的含义和语义关系，从而提高自然语言处理的性能。

中华上下5000年计算机是如何把大量的文本转换到向量空间，同时维持不同对应的向量之间的远近关呢？这需要专门的模型来处理，比如 word2vec 模型等等。

参考文档：一文看懂词嵌入 word embedding（2种主流算法+与其他文本表示比较）

               https://www.zhihu.com/question/445738869/answer/3197098951