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:
Клиентоориентированный бизнес должен знать, чего хотят покупатели. И лучше понять это еще на этапе идеи. Как — читайте чек-лист от Влада Ноздрачева....
12 07 2026 18:41:48
Flash онлайн объявлений в формат HTML5: нововведение гугл рекламы...
11 07 2026 15:48:25
C какими сложностями пришлось столкнуться при создании интернет-магазина....
10 07 2026 0:59:12
Данные, приведенные в исследовании, помогут в составлении медиапланов по продвижению в интернете. Понимания стоимость конверсии и необходимое количество конверсий, вы можете прогнозировать, сколько денег на рекламу нужно выделить....
09 07 2026 14:26:36
Личный опыт экс-главреда экс-блога Netpeak (сейчас — Netpeak Journal): о работе с информацией, мотивации написания, редактуре черновика, подаче информации по степени важности, выделении главного и составлении окончательной версии текста. Как сделать текст логичным и полезным? Узнайте!...
08 07 2026 11:17:45
Всё о крупной рыбе украинского интернет-маркетинга: компании, люди, кейсы в интервью с основателем Артёмом Бородатюком....
07 07 2026 18:37:14
О запуске новых услуг по SEO и PPC, обновлениях Netpeak Cloud и конференциях по интернет-маркетингу...
06 07 2026 9:24:34
Мы решили организовать серию вебинаров по SEO и предоставить их бесплатно. История о том, как с нуля при минимуме затрат создать успешный онлайн-курс...
05 07 2026 12:17:30
Масштабируем кампанию в Google за счет управления конверсиями и работы с эффективными каналами продвижения....
04 07 2026 22:16:13
Программа действий, если захотелось удалить себя из ютуба, гугла и прочих социалок....
03 07 2026 7:50:29
Устанавливаем тег конверсий: самостоятельно и с помощью Google Tag Manager....
02 07 2026 14:21:24
Узкие специализированные ниши и широкие, которые, как правило, уже заняты лидерами рынка — в каждой найдется место для онлайн-издания с полезным контентом. Узнать больше!...
01 07 2026 12:37:21
Джефф Безос, Стив Джобс, Билл Гeйтс, Джимм Керри и другие. Собрали для вас подборку крутых выступлений людей, которые знают, как добиться ... в общем-то, всего. Читайте их основные тезисы, а главное — послушайте....
30 06 2026 2:49:31
12 идей для видеоконтента и расскажем, где их лучше размещать, чтобы зрители стали клиентами. Как использовать видео для повышения продаж? Длинный, но все равно неполный список форматов. Читайте дальше и предлагайте свои варианты!...
29 06 2026 9:27:26
Сравнительная хаpaктеристика B2B и B2C. Как строятся отношения с клиентом, какой объем рынка, особенности сервиса, на чем делать акцент при создании контента. Подробнее....
28 06 2026 11:57:33
О том, какие результаты дает эта технология, рассказал Александр Иванов, Head of Product в ЛУН.ua в рамках прошлогодней самой летней конференции 8P. Читайте, как его комaнде удалось разогнать загрузку страниц сервиса Flatfy до 0,2 секунды...
27 06 2026 19:53:41
Сервисы для определения оптимальной плотности ключевых слов...
26 06 2026 6:49:41
Информация для SEO- и PPC-специалистов, маркетологов и предпринимателей малого бизнеса...
24 06 2026 0:22:26
И эксперт, и агент. Анонимный покупатель — специальная проверка бизнес-процессов до и во время рекламной кампании...
23 06 2026 2:49:58
Как распредляются зарплаты по грейдам и специализации: ежегодное исследование Serpstat....
22 06 2026 14:19:38
Метод настройки с помощью Google Tag Manager. Мануал с подробным описанием каждого шага — показываем на примере, как отслеживать веб-конверсии в рекламных кампаниях LinkedIn. Узнать больше!...
21 06 2026 15:40:42
Создаем фид товаров, настравиваем код и списки динамического ремаркетинга для интернет-магазинов в странах, где отсутствует Google Merchant Center....
20 06 2026 5:36:58
Как использовать расширенное семантическое ядро для увеличения целевого трафика....
19 06 2026 17:36:52
Как быстро определить, что ваш подрядчик плохо работает с рекламной кампанией....
18 06 2026 17:33:14
Интеграция видео в маркетинговую кампанию – решение, которое повысит ценность каждого посетителя сайта....
17 06 2026 22:53:48
Пора сделать так, чтобы мобильная версия сайта приносила прибыль....
16 06 2026 5:45:16
Как настроить отправку писем с помощью языка R и как избежать подводных камней....
15 06 2026 0:16:56
Расчет вероятности конверсии, быстрое и эффективное создание дашбордов, строение моделей KPI. Примеры аналитики кампаний с помощью Excel и Power BI от спикера 8P 2016 Максима Уварова....
14 06 2026 3:29:12
Нет прокрастинации! Советы для личной эффективности от руководителя двух стартапов...
13 06 2026 19:48:17
Обо всех способах передачи данных из несвязанных с сайтом источников, а также о ручной передаче данных...
12 06 2026 12:29:33
Опыт сотрудника отдела маркетинга Netpeak. Дочке Маше — 10 лет, сыну Егору — почти 4 года. Мы по-прежнему не очень продуктивны в таких условиях, но все же накопили больше опыта, чем те люди, которые сейчас внезапно столкнулись с удаленной работой...
11 06 2026 1:18:42
Как пользоваться «Совмещением данных» с учетом всех особенностей инструмента...
10 06 2026 2:11:40
Много 404-страниц и ссылок на них негативно сказывается на ранжировании сайта в поисковых системах....
09 06 2026 16:16:26
Опыт, накопленный за более чем 10 лет работы в нише и упакованный в специальные предложения....
08 06 2026 8:37:23
Seznam.cz — одна из пяти поисковых систем в мире, сумевших в отдельно взятой стране стать популярнее Google...
07 06 2026 11:39:39
Динамический ремаркетинг: как вернуть посетителя на сайт и продать, когда человеку «надо ещё подумать»....
06 06 2026 20:29:52
Электронный кошелек — это виртуальная ячейка для хранения денежных средств. Каждая такая ячейка обладает уникальным цифровым определителем и может принадлежать одному человеку....
05 06 2026 11:42:32
Публикуем тему с закрытого аналитического форума Netpeak про «звездочки» как инструмент оценки релевантности контента....
04 06 2026 21:41:31
Какие форматы видеорекламы логичнее купить для создания спроса на новую продукцию? Выясняем на примере кейса бренда Yves Rocher...
03 06 2026 20:45:46
Новая партнерская программа Netpeak agency. Как получить теплого лида, стабильный пассивный доход, разместить свой логотип и ссылку на сайт на сайте Netpeak и другие бонусы партнерской программы. Узнать больше!...
02 06 2026 20:16:46
Подружим GTM и Метрику с минимальным вовлечением программиста....
01 06 2026 15:55:25
Правильная внутренняя перелинковка необходима, чтобы страницы не вылетали из индекса, а также чтобы увеличить ссылочный вес продвигаемых страниц...
31 05 2026 8:23:45
Facebook + Instagram, Business Manager + основная бизнес-страница на Facebook, BM + рекламный аккаунт и так далее....
30 05 2026 3:34:14
Интересные детали интерьера в офисах украинских IT-компаний: от массажного стола и тенниса до звукозаписывающей студии и корпоративной велопарковки. Читать дальше!...
29 05 2026 0:21:47
Результаты кампании динамического ремаркетинга для соцсетей...
28 05 2026 19:40:24
Рецензия на книгу «Нейромаркетинг в действии» Дэвида Льюиса...
27 05 2026 16:30:20
Чтобы понять, как работает Роскомнадзор, пришлось разбираться в деталях и делать опрос по топовым хостингам. Ответы и выводы читайте в статье....
26 05 2026 19:52:47
В Twitter удобно собрать список потенциальных клиентов, чтобы время от времени посматривать за их новостями...
25 05 2026 14:58:13
Как специалисту сэкономить время для создания и оптимизации кампаний, проверки орфографии и другие фишки. Советы из пpaктики....
24 05 2026 17:40:29
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 ::