Алгоритм LSA для поиска похожих документов

И снова наш аналитический отдел подготовил материал для читателей блога Netpeak. Передаю привет Кириллу Левенцу — он проделал титанический труд, чтобы изложить понятным языком не самые простые вещи.
Среди огромного числа алгоритмов, которые используются для поиска и анализа информации, особое место занимают те, чья цель — обнаружение скрытых закономерностей или неочевидных зависимостей.
Используя семантический анализ текста, мы можем сказать, например, что два текста похожи, даже если эта похожесть выражена косвенно. Или например «лыжи» и «автомобиль» по отдельности относятся к разным категориям, но будучи использованы вместе, могут быть интерпретированы в таких категориях, как «спорт» и «отдых».
Об одном из методов, который применяется для рекомендательных систем (коллаборативная фильтрация), информационного семантического поиска, разделения текстов по тематикам без обучения и многих других и пойдет речь далее. Метод этот называется латентно-семантическим анализом (LSA — Latent semantic ***ysis). Можно сказать, что это продвинутый SEO анализ текста.
Рассмотрим более подробно, что это за метод и как он работает
Уже из названия можно сделать вывод о том, что он должен делать, а именно находить скрытые смысловые взаимосвязи между объектами (будь-то слова в тексте или товары в магазине). Для текстов на естественных языках такой скрытой закономерностью может быть, например, наличие определенного набора слов в определенной теме. Представим себе такую задачу: у нас есть коллекция документов и мы хотим научиться отвечать на вопрос: два документа близки по тематике или нет. Вывод о схожести можно сделать, основываясь на том, какие слова и в каких пропорциях входят в каждый из документов.
Чтобы подготовить данные для этой задачи, используют подход, который называется «мешок слов».
Его суть состоит в том, что для нас неважен порядок слов в документе, в каких морфологических формах они представлены, а важно только количество вхождений конкретных слов. Предположим, что каждую тему можно охаpaктеризовать определенным набором слов и частотой их появления. Если в тексте конкретный набор слов употрeбляется с определенными частотами, то текст принадлежит к определенной теме.
Основываясь только на этой информации, строится таблица «слово-документ». Где строки соответствуют словам (а точнее, их леммам), а столбцы - документам. В каждой ячейке хранится 1, если слово есть в документе, и 0 - если нет. Хотя такой вариант и самый простой, но не самый лучший. Вместо 0 и 1 можно использовать, например, частоту слова в документе или tf-idf слова. Такой способ представления текстов в виде таблицы (или матрицы) называется векторной моделью текста. Теперь, для того чтобы сравнить два документа, нужно определить меру схожести двух столбцов таблицы.
Сделать это можно по-разному:
- скалярное произведение векторов - столбцов таблицы;
- косинусное расстояние (пожалуй самое адекватное) ;
- евклидовым расстоянием;
- манхэттенским расстоянием.
Чтобы лучше понять все вышесказанное, изобразим это графически на простом примере двух небольших текстов. Один текст про письменность, другой про неопределенность Гeйзенберга. Стоп-слова удалены, а остальные приведены к основной форме (без окончаний). Каждая точка на графике — слово. На осях отложено, сколько раз слово встретилось в каждом документе. Т.е. если слово встретилось в тексте про неопределенность 3 раза, а в тексте про письменность 2 раза, то на рисунке это слово изобразим точкой с координатами (3,2).
Видно, что в этом примере некоторые слова встречались и в одном и в другом тексте приблизительно одинаково часто («свободн», «друг», «звук» и так далее). Такие слова не дают возможности отличить тексты один от другого и в принципе сравнимы со стоп-словами. Но есть слова, которые хаpaктерны только одному из текстов. Имея такое представление текста, мы можем определять близость каждого слова к теме (как косинус угла между вектором с началом в (0;0) и концом в точке слова и осью, соответствующей документу). Если же такого слова в коллекции нету, то о нем мы ничего не можем сказать.
Для сравнения документов можно подсчитать сумму векторов-слов, которые в них входят и опять же оценить расстояние между ними. В рассмотренном примере слова распределились хорошо, так как тематики существенно разные. А если тематики схожи, то может получиться такая картина:
По сравнению с предыдущей картинкой видно, что документы существенно похожи, и, кроме того, есть слова, которые хаpaктеризуют общую тематику для обоих текстов (например \"язык\" и \"письмен\"). Такие слова можно назвать ключевыми для данной темы. Т.е. напрашивается вывод, что имея такое представление текстов, мы теоретически можем сгруппировать документы по близости их содержимого, и таким образом построить тематическое разбиение коллекции текстов. В частности может оказаться, что каждый документ - это отдельная тема. Также можно искать документы по запросу, при этом могут находиться документы, которые не содержат слов из запроса, но близки ему по теме.
Но в жизни оказывается, что документов и слов очень много (гораздо больше чем тем) и возникают следующие проблемы:
- размерности (вычисление близости между векторами становится медленной процедурой) ;
- зашумленности (например, посторонние небольшие вставки текста не должны влиять на тематику) ;
- разряженности (большинство ячеек в таблице будут нулевыми).
В таких условиях довольно логично выглядит идея, вместо таблицы \"слово-документ\" использовать что-то типа \"слово-тема\" и \"тема-документ\". Решение именно такой задачи предлагает LSA. Правда, интерпретация полученных результатов может оказаться затруднительной.
На рисунке приведен пример карты двух художественных текстов. Видно, что у них есть как свои особенности, так и много общего, и можно выделить новую тематику. Если говорить в терминах линейной алгебры, то нам нужно такое представление:
Числа в таблицах в общем случае не обязательно будут именно 0 и 1. Имея такое представление, мы можем кроме оценки близости слов и документов, также определять важные слова для каждой тематики.
Ограничения LSA:
- Невозможно получить тематик больше чем документов/слов.
- Семантическое значение документа определяется набором слов, которые, как правило, идут вместе.
- Документы рассматриваются как просто наборы слов. Порядок слов в документах игнорируется. Важно только то, сколько раз то или иное слово встречается в документе.
- Каждое слово имеет единственное значение.
- Недостаток LSA — предположение о том, что карта слов в документах не имеет вид нормального распределения. С этой проблемой справляются другие модификации метода (вероятностный LSA и LDA).
LSA включает в себя следующие этапы:
- Удаление стоп-слов, стемминг или лемматизация слов в документах;
- Исключение слов, встречающихся в единственном экземпляре;
- Построение матрицы слово-документ (бинарную есть/нет слова, число вхождений или tf-idf) ;
- Разложение матрицы методом SVD (A = U * V * WT) ;
- Выделение строк матрицы U и столбцов W, которые соответствуют наибольшим сингулярным числам (их может быть от 2-х до минимума из числа терминов и документов). Конкретное количество учитываемых собственных чисел определяется предполагаемым количеством семантических тем в задаче. А вообще чем больше сингулярное число, тем сильнее в коллекции проявлена тема.
В итоге получается нечто такое:
Пример с небольшими документами
[Взят из статьи Indexing by Latent Semantic ***ysis, Scott Deerwester, Susan T. Dumais, George W. Furnas, and Thomas K. Landauer, Richard Harshman]
Пусть имеется следующий набор заголовков-документов:
- c1: Human machine interface for ABC computer applications
- c2: A survey of user opinion of computer system response time
- c3: The EPS user interface management system
- c4: System and human system engineering testing of EPS
- c5: Relation of user perceived response time to error measurement
- m1: The generation of random, binary, ordered trees
- m2: The intersection graph of paths in trees
- m3: Graph minors IV: Widths of trees and well-quasi-ordering
- m4: Graph minors: A survey
Выделяем слова, которые встретились хотя бы в двух заголовках. И строим матрицу слово-документ: в ячейках будем писать количество вхождений слова в документ.
Применяем сингулярное разложение к этой матрице и получаем три матрицы (U, V, WT).
Чтобы иметь возможность визуально оценить результат, выделим только две главные компоненты, соответствующие самым большим сингулярным числам. Используем значения в выделенных столбцах как координаты и изобразим их в виде точек на плоскости (синим цветом документы, красным - слова, кругами - возможные тематики).
Рассмотрим расстояние между каждой парой слов. Было (желтым цветом выделены значения выше 0):
Стало после снижения размерности (зеленым цветом выделены значения больше 0,8):
Как и по картинке, так и по таблице видно, что термины образовали 2 группы (довольно условно) и по сравнению с исходной матрицей связи значительно усилены (как укрепились исходные, так и появились новые):
- [human, interface, computer, user, EPS, response, time],
- [survey, trees, graph, minors].
Между каждой парой документов.
Было:
Стало:
Отношение термин документ.
Было:
Стало:
Рассмотрим еще один пример: пусть имеются три документа, каждый - на свою тематику (первый про автомобили, второй про спорт и третий про компьютеры). Используя LSA, изобразим двумерное представление семантического прострaнcтва, и как в нем будут представлены слова (красным цветом), запросы (зеленым) и документы (синим). Напомню, что все слова в документах и запросах прошли процедуру лемматизации или стемминга.
Видно, что тема \"компьютер\" хорошо отделилась от двух других. А вот \"спорт\" и \"авто\" довольно близки друг другу. Для каждой темы проявились свои ключевые слова. Зеленым на рисунке изображен запрос \"автомобил колес\". Его релевантность к документам имеет следующий вид:
- \\\'sport.txt\\\' - 0.99990845
- \\\'auto.txt\\\' - 0.99987185
- \\\'computer.txt\\\' - 0.031289458
Из-за близости тем \"спорт\" и \"авто\" довольно сложно точно определить, к какой теме он принадлежит. Но точно не к \"компьютерам\". Если в системе, обученной на этих документах, попытаться определить релевантность к образовавшимся темам слова \"рынок\", то в ответ мы получим 0 (т.к. это слово в документах не встречалось ни разу). Добавим в систему документ по теме \"финансы\". Будем снова искать слово \"рынок\".
Получим следующую картинку:
Релевантность к темам будет такой:
- \\\'finance.txt\\\' - 0.99948204
- \\\'sport.txt\\\' - 0.97155833
- \\\'auto.txt\\\' - 0.23889101
- \\\'computer.txt\\\' - -0.24506855
Итак подведем итог:
- LSA позволяет снизить размерность данных - не нужно хранить всю матрицу слово-документ, достаточно только сравнительно небольшого набора числовых значений для описания каждого слова и документа.
- Получаем семантическое представление слов и документов - это позволяет находить неочевидные связи между словами и документами.
- Из минусов - очень большая вычислительная сложность метода.
Комментарии:
Как создать и внедрить баннеры об использовании куки-файлов с помощью Google Tag Manager и OneTrust...
13 10 2026 15:39:28
Каждому бизнесу в интернете важно продумать систему оплаты для своих товаров или услуг. При этом следует учитывать объемы и нишу бизнеса. Узнать больше!...
12 10 2026 19:15:38
Спикер ОА Петр Аброськин рассказал всем читателям блога о фишках настройки ремаркетинга в контекстной рекламе и социальных сетях...
11 10 2026 9:58:28
Кейс продвижения YouTube-канала магазина товаров для рыбалки...
10 10 2026 6:20:33
Инструменты интернет-маркетинга, которые вы не используете или используете не на сто процентов....
09 10 2026 13:31:13
Что такое обратная связь, почему фидбек от клиентов важен и как его правильно собирать. Все, что нужно знать, чтобы получить отзыв от клиента....
08 10 2026 12:39:55
Определение частотности запросов — задача первоочередной важности для составления адекватного семантического ядра, наполнения качественным контентом и контекстной рекламой...
07 10 2026 11:43:23
Обзор ресурса по подбору ключевых запросов www.SEMRUSH.com на Netpeak.ua...
06 10 2026 7:18:37
Как настроить передачу категории и бренда товара в Google Data Studio....
05 10 2026 13:24:58
Список инструментов email-маркетолога для рассылок по англоязычной аудитории....
04 10 2026 7:10:25
Определение и настройка главного зеркала сайта в поисковых системах — первое, что нужно сделать перед раскруткой сайта...
03 10 2026 8:23:28
Как бесплатно пользоваться преимуществами, особенностями и дополнительными инструментами сервиса...
02 10 2026 9:36:51
Мануал по созданию удобного планировщика повторяющихся действий....
01 10 2026 10:13:45
Как настроить программу Obsidian для удобной и быстрой работы по системе Zettelkasten....
30 09 2026 13:58:39
Сервисы для определения оптимальной плотности ключевых слов...
29 09 2026 10:53:51
Минимизация пропущенных звонков и ускорение обработки заявок с наглядными примерами из сервиса...
28 09 2026 13:28:54
Знакомство с реальным и потенциальным клиентом. Как создать доверительные отношения? Для этого понадобится сделать сегментацию аудитории и определить, кто ваш покупатель: от рода занятий, до его самых сокровенных страхов. Узнайте больше!...
27 09 2026 10:41:34
На одном из проектов был успешный рост трафика и транзакций, но в следующем месяце видимость по Яндексу снизилась до 30% и продолжала жестоко падать. ТИЦ упал с 450 до 425....
26 09 2026 6:45:10
Вести бизнес в интернете с помощью развлекательного сайта, СМИ, узкоспециализированного портала вполне реально. Правда, нужно знать, как на них заpaбатывать....
25 09 2026 20:56:14
Оживший бар. О том, как один украинский бренд за полтора месяца получил более 4 000 фанов!...
24 09 2026 10:19:53
Сделать «на вчера», «внезапно», протестировать все варианты. Стоп! Остановитесь и выдохните. Be slow...
23 09 2026 16:14:33
Особенности продвижения в нише аренды автомобилей по материалам кейсов наших коллег...
22 09 2026 0:39:37
Аудит юзабилити способствует следованию современным тенденциям, пониманию целевого посетителя и увеличению конверсии....
21 09 2026 8:38:14
Обойдемся без теории, зато покажем пример SEO-аудита...
20 09 2026 5:10:29
Объявление или кабинет блокируют из-за эмоджи. Что делать?...
19 09 2026 3:40:31
Инструкция для новичков: как быстро отправить почтовую рассылку клиентам...
18 09 2026 9:12:19
Как быстро увеличить количество заинтересованных подписчиков в facebook, twitter, google+ и linkedIn с помощью контактов из рассылки и аккаунтов Facebook....
17 09 2026 10:34:24
Как создать портрет покупателя и зачем он нужен бизнесу....
16 09 2026 17:17:20
XML-фид представляет собой файл с кодом на языке XML, ссылку на который используют в различных сервисах...
15 09 2026 13:11:49
Готовые коробочные решения — отличная идея, которая решает много задач, а ещё это относительно недорого. Но такой вариант подойдет далеко не всем. Узнать больше!...
14 09 2026 5:30:18
О важных для разметки сайта тегах — alternate, hreflang, media, — и как их грамотно использовать при продвижении....
13 09 2026 17:10:53
В семье Leo Burnett - 7750 человек из 84-х стран мира. В Украине всего - 90 творческих единиц....
12 09 2026 12:42:38
Чтобы обезопасить себя и своих клиентов, используйте технологию 3D Secure. Больше рекомендаций — в статье....
11 09 2026 14:57:12
Чтобы перенаправить рекламу не на свой домен, арбитражники используют редирект в Яндексе при работе с партнерскими ссылками...
10 09 2026 23:13:16
Case по продвижению в Instagram. В любой непонятной ситуации — масштабируйте рекламные инструменты...
09 09 2026 8:36:57
Крупным брендам не избежать негатива в сети. Но с ним можно и нужно работать. Читайте успешный кейс для DOM.RIA....
08 09 2026 16:36:50
Создатель студии рисованных видео Денис Довгаль — о тактике видеомаркетинга и жизни в стиле «цифровых кочевников»....
07 09 2026 5:54:42
Базовые знания, которые нужны, чтобы ресурс понравился поисковикам и пользователям....
06 09 2026 19:38:34
У нас было 500 вечнозеленых постов и желание понять алгоритм ленты Facebook....
05 09 2026 5:35:48
Подробное руководство по настройке отслеживания событий в GA4...
04 09 2026 7:17:38
Применяя фишки, можно выделить релевантную аудиторию и продать ей что угодно — от кроссовок до президента....
03 09 2026 12:54:47
Начинаем серию постов в режиме реалити-шоу о подробностях продвижения крупного игрока бизнеса email- и sms-рассылок — компании UniSender....
02 09 2026 11:33:41
Наш результат ведения рекламных кампаний в Facebook показывает, что при правильно подобранной стратегии можно даже за короткий период в авральном режиме попасть точно в цель...
01 09 2026 9:12:26
Правильная постановка целей, задач и дедлайна — основа успешной работы...
31 08 2026 3:30:59
Популярные скрипты Google Рекламы позволяют автоматизировать рутинные и монотонные процессы. Каждый скрипт состоит из функций, переменных, объектов, сущностей, селекторов, итераторов...
30 08 2026 9:32:20
Участники Netpeak Cluster поделились своими инсайтами....
29 08 2026 1:17:49
Четыре способа исключить нерелевантные места размещения видеорекламы, а также полезные списки минус-слов и детских YouTube-каналов....
28 08 2026 20:34:59
Если у интернет-магазина, форума да и любого другого сайта нет мобильной версии, почти 40 процентов пользователей будут искать другой ресурс. Как удержать их? Узнать!...
27 08 2026 18:19:51
Как бесплатно отключить смс уведомление. Плюс — подсказки для маркетологов: как снизить негативное отношение к бренду. То есть, как красиво предоставить возможность отписаться от смс клиентам, и не слить бюджет на ненужные сообщения. Узнать больше!...
26 08 2026 7:28:40
Сохраняем время и ресурсы для проверки типичных задач и тратим его на реализацию креативных идей по оптимизации сайта....
25 08 2026 16:24:36
Еще:
понять и запомнить -1 :: понять и запомнить -2 :: понять и запомнить -3 :: понять и запомнить -4 :: понять и запомнить -5 :: понять и запомнить -6 :: понять и запомнить -7 ::