Участник:Kruglikov/PLSA: различия между версиями

Материал из Алговики
Перейти к навигации Перейти к поиску
 
(не показаны 3 промежуточные версии этого же участника)
Строка 11: Строка 11:


=== Математическое описание алгоритма ===
=== Математическое описание алгоритма ===
Пусть <math>D</math> — конечное множество документов, <math>W</math> — конечное множество терминов, <math>T</math> — конечное множество тем. <math>(d_i, w_i, t_i)_{i=1}^n \subset D \times W \times T</math> — коллекция текстовых документов.
 
====Обозначения====
Пусть <math>D</math> — конечное множество документов, <math>W</math> — конечное множество терминов, <math>T</math> — конечное множество тем.
 
<math>(d_i, w_i, t_i)_{i=1}^n \subset D \times W \times T</math> — коллекция текстовых документов.
 
Тематическая модель коллекции: <math>p(w|d) = \sum_{t \in T} p(w|t)p(t|d) = \sum_{t \in T} \phi_{wt} \theta_{td}</math>
 
Задача состоит в том, чтобы найти параметры <math>\phi_{wt}</math> и <math>\theta_{td}</math>
 


Введём набор счётчиков:
Введём набор счётчиков:
Строка 30: Строка 39:


<math>n = \sum_{d, w, t} n_{dwt}</math> — длина коллекции.
<math>n = \sum_{d, w, t} n_{dwt}</math> — длина коллекции.
====EM-алгоритм в PLSA====
В модели PLSA предлагается максимизировать правдоподобие
<math>\mathcal{L}(\Phi, \Theta) = \sum_{d \in D} \sum_{w \in d} n_{dw} \ln \sum_{t \in T} \phi_{wt} \theta_{dw} \to \max_{\Phi, \Theta}</math>
при ограничениях неотрицательности и нормировки
<math>\phi_{wt} \le 0; \sum_{w \in W} \phi_{wt} = 1; \theta_{td} \le 0; \sum_{t \in T} = 1.</math>
Утверждается, что точка максимума правдоподобия удовлетворяет системе уравнений
<math>
\begin{cases}
n_{dwt}      & = & n_{dw} \frac{\phi_{wt}\theta_{td}}{\sum_s \phi_{ws} \theta{ws}}; & \text{(E-шаг)} \\
\phi_{wt}    & = & \frac{n_{wt}}{n_t}; n_{wt} = \sum_{d \in D} n_{dwt}; n_t = \sum_w n_{wt}; & \text{(M-шаг)} \\
\theta_{td} & = & \frac{n_{td}}{n_d}; n_{td} = \sum_{w \in d} n_{dwt}; n_d = \sum_t n_{wt} .
\end{cases}
</math>
Эту систему можно решить EM-алгоритмом, применяя последовательно E- и M-шаги до сходимости.


== Программная реализация алгоритма ==
== Программная реализация алгоритма ==

Текущая версия от 20:28, 2 ноября 2017

Общая схема описания алгоритмов имеет следующий вид:

Свойства и структура алгоритмов

Общее описание алгоритма

Задача тематического моделирования заключается в том, чтобы выделить в коллекции текстовых документов скрытые структуры, называемые темами. Неформально под темой понимается семантически однородное множество документов. Более формально, темой называется условное распределение на множестве терминов [math]\displaystyle{ p(w|t) }[/math], а тематикой документа называется условное распределение [math]\displaystyle{ p(t|d) }[/math]. Переменная [math]\displaystyle{ t }[/math] является скрытой. Таким образом, задача тематического моделирования — оценить вероятности [math]\displaystyle{ p(w|t) }[/math] и [math]\displaystyle{ p(t|d) }[/math] по наблюдаемым частотам [math]\displaystyle{ p(w|d) }[/math] слов в документах.

Задачу восстановления скрытого распределения можно решать, максимизируя правдоподобие выборки EM-алгоритмом. В применении к тематическому моделированию такой подход называется probabilistic latent semantic analysis — PLSA.


Математическое описание алгоритма

Обозначения

Пусть [math]\displaystyle{ D }[/math] — конечное множество документов, [math]\displaystyle{ W }[/math] — конечное множество терминов, [math]\displaystyle{ T }[/math] — конечное множество тем.

[math]\displaystyle{ (d_i, w_i, t_i)_{i=1}^n \subset D \times W \times T }[/math] — коллекция текстовых документов.

Тематическая модель коллекции: [math]\displaystyle{ p(w|d) = \sum_{t \in T} p(w|t)p(t|d) = \sum_{t \in T} \phi_{wt} \theta_{td} }[/math]

Задача состоит в том, чтобы найти параметры [math]\displaystyle{ \phi_{wt} }[/math] и [math]\displaystyle{ \theta_{td} }[/math]


Введём набор счётчиков:

[math]\displaystyle{ n_{dwt} = \sum_{i=1}^n [d_i = d][w_i = w][t_i = t] }[/math] — частота [math]\displaystyle{ (d_i, w_i, t_i) }[/math] в коллекции;

[math]\displaystyle{ n_{wt} = \sum_{d} n_{dwt} }[/math] — частота термина [math]\displaystyle{ w }[/math] в теме [math]\displaystyle{ t }[/math];

[math]\displaystyle{ n_{td} = \sum_{w} n_{dwt} }[/math] — частота терминов темы [math]\displaystyle{ t }[/math] в документе [math]\displaystyle{ d }[/math];

[math]\displaystyle{ n_{t} = \sum_{d, w} n_{dwt} }[/math] — частота терминов темы [math]\displaystyle{ t }[/math] коллекции;

[math]\displaystyle{ n_{dw} = \sum_{t} n_{dwt} }[/math] — частота термина [math]\displaystyle{ w }[/math] в документе [math]\displaystyle{ d }[/math];

[math]\displaystyle{ n_{w} = \sum_{d, t} n_{dwt} }[/math] — частота термина [math]\displaystyle{ w }[/math] в коллекции;

[math]\displaystyle{ n_{d} = \sum_{w, t} n_{dwt} }[/math] — длина документа [math]\displaystyle{ d }[/math];

[math]\displaystyle{ n = \sum_{d, w, t} n_{dwt} }[/math] — длина коллекции.


EM-алгоритм в PLSA

В модели PLSA предлагается максимизировать правдоподобие

[math]\displaystyle{ \mathcal{L}(\Phi, \Theta) = \sum_{d \in D} \sum_{w \in d} n_{dw} \ln \sum_{t \in T} \phi_{wt} \theta_{dw} \to \max_{\Phi, \Theta} }[/math]

при ограничениях неотрицательности и нормировки

[math]\displaystyle{ \phi_{wt} \le 0; \sum_{w \in W} \phi_{wt} = 1; \theta_{td} \le 0; \sum_{t \in T} = 1. }[/math]

Утверждается, что точка максимума правдоподобия удовлетворяет системе уравнений

[math]\displaystyle{ \begin{cases} n_{dwt} & = & n_{dw} \frac{\phi_{wt}\theta_{td}}{\sum_s \phi_{ws} \theta{ws}}; & \text{(E-шаг)} \\ \phi_{wt} & = & \frac{n_{wt}}{n_t}; n_{wt} = \sum_{d \in D} n_{dwt}; n_t = \sum_w n_{wt}; & \text{(M-шаг)} \\ \theta_{td} & = & \frac{n_{td}}{n_d}; n_{td} = \sum_{w \in d} n_{dwt}; n_d = \sum_t n_{wt} . \end{cases} }[/math]


Эту систему можно решить EM-алгоритмом, применяя последовательно E- и M-шаги до сходимости.

Программная реализация алгоритма

Литература

Воронцов К. В. Вероятностные тематические модели. Лекция 1. Введение (слайды)