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:
Решили составить список из семи улучшений. Что нового, Netpeak?...
18 04 2026 0:27:19
Можно ли получить больше заявок, используя динамическую подмену заголовка? Кейсы в разных тематиках...
17 04 2026 4:55:30
Экспорт/импорт с помощью Excel-файла или таблиц Google позволит скопировать и перенести кампании, группы объявлений и объявления в Facebook вместе с креативами, текстами, ссылками и utm-метками...
16 04 2026 0:17:54
Используя для продвижения контекстную рекламу, большинство рекламодателей в Украине отдают предпочтение системе Google Ads. Директ однозначно не стоит недооценивать. Почему? Читайте в статье!...
15 04 2026 1:10:52
Мы предложили фанам бренда прокатиться на автомобиле SEAT Altea Freetrack!...
14 04 2026 18:42:47
Пример, как 4000+ гривен превращаются в 45000+ гривен. Ниша интернет-магазинов, да еще и бытовой техники уже давно является высококонкурентной. Но при правильном продвижении даже новичок может добиться результатов....
13 04 2026 12:24:35
Как связываться с клиентами и что делать, чтобы качество обслуживания не просело. Менеджер, который обpaбатывает звонки со своего мобильного, остается без контроля, поэтому АТС оказывается идеальным решением. Разбираемся в статье!...
12 04 2026 1:36:17
Снимать скрин нужно красиво и логично, вне зависимости от того, кому вы его покажете: начальнику, другу или многотысячной аудитории блога...
11 04 2026 3:17:56
Как мы с помощью Call Tracking узнали настоящую рентабельность контекстной рекламы для магазина мебели...
10 04 2026 0:58:53
Расчет прогноза по LTV позволит более точно задать параметры рекламной кампании в Apple Search Ads на начальном этапе. Как это делают в RadASO, читайте в статье....
09 04 2026 4:59:20
Украинские реалии того, в каких тематиках трафик из Yandex.Direct дороже Google Ads. Новое исследование Алексея Селезнева....
08 04 2026 9:54:46
Кейс роста трафика из органического поиска на 200%....
07 04 2026 4:43:20
Почти 50 тыс. контактов за год принесли формы подписки и регистрации....
06 04 2026 18:38:16
В 2019 году в цикл зрелости вошли 28 технологий и инструментов...
05 04 2026 22:32:11
Чтобы и клиенту не стыдно было показать и свои ожидания не обмануть....
04 04 2026 17:42:19
О построении персональных рекомендаций для интернет-магазина, используя технику со-визитов....
03 04 2026 23:54:38
Интервью с основателем школы английского языка Progress...
02 04 2026 2:26:41
Ссылки называются вечными, потому что их внедряют один раз и навсегда, но это не значит, что такие ссылки однажды не удалят (что поведет к потере трафика). Узнать больше!...
01 04 2026 18:21:11
Шаблон по настройке и оптимизации динамических поисковых объявлений...
31 03 2026 14:30:10
Придумать цепляющие заголовки для 1000 репостов в соцсетях — что можно узнать в результате анализа миллиона заголовков в блогах....
30 03 2026 15:31:41
Нашим решением было трaнcлировать хотя бы часть опыта спикеров 8P, составив дайджест лучших, на их взгляд, кейсов, о которых они узнали за этот год....
29 03 2026 0:10:40
Без понимания того, какие данные заложены в основу воронки продаж получается... — читайте в статье...
28 03 2026 22:11:46
27 03 2026 16:20:44
Словарь, которым пользуются SEO-специалисты агентства Netpeak...
26 03 2026 16:37:25
Компании и продукты, социальные инициативы, главные проекты и миссия группы. Разложили все о Netpeak Group по полочкам в новом посте....
25 03 2026 4:20:31
Что такое ускоренные мобильные страницы и как их посмотреть в Google ***ytics...
24 03 2026 3:51:28
До понижения в органической выдачи Гугл у сайта есть около 15 дней с момента появления сообщения о вредоносном контенте....
23 03 2026 12:57:23
Как стандартизировали сбор данных по проектам клиентов и отчетности, чтобы тратить меньше времени и не совершать лишние действия...
22 03 2026 13:21:53
Очередной красивый пост о продвижении платформы email и sms-рассылок — UniSender...
21 03 2026 5:11:30
Делаем первые шаги к созданию системы email-коммуникаций бренда....
20 03 2026 7:16:38
Кейс: контент-маркетинг сервиса в США, или как SerpStat покорил англоязычный мир...
19 03 2026 12:10:56
В этом году часть пользователей предпочла вернуться к привычным покупкам в оффлайн-магазинах....
18 03 2026 19:54:49
Google Penguin официально стал частью основного алгоритма поисковика. Как обезопасить свой бизнес и встретить апдейт алгоритма Google во всеоружии? О трафике, анкорах, бэклинках, ссылках и ссылочной массе, трастовости и постоянном мониторинге, с комментариями специалистов...
17 03 2026 20:39:27
Настроить контекстную рекламу для сети гипермаркетов бытовой техники и электроники Mechta.kz...
16 03 2026 4:39:36
Работ по оптимизации всегда много, а выделить приоритеты при продвижении онлайн — непросто. Что стоит проверять и исправлять в первую очередь?...
15 03 2026 19:55:38
Как подготовиться и сделать из интервью полноценную историю, которая будет интересна аудитории...
14 03 2026 5:56:10
Как Blizzard реализует тимбилдинг, мотивирует сотрудников и превращает офис в музей...
13 03 2026 13:36:52
Раскрутить телеграм-канал с нуля до тысячи — реально. Раскрываем пошаговый алгоритм и даем рекомендации для SMM-специалистов....
12 03 2026 11:32:58
И уж если бумага стерпит все, интернет — тем более, а значит онлайн-исповедальне быть! И не только ей......
11 03 2026 2:31:20
Что значит всемирное обновление DMCA-алгоритма и приведет ли оно к полноценной защите авторских прав?...
10 03 2026 20:15:58
Мануал по созданию удобного планировщика повторяющихся действий....
09 03 2026 3:57:47
C какими сложностями пришлось столкнуться при создании интернет-магазина....
08 03 2026 4:26:19
Зачем внедрять BI-решение для бизнеса, какие функции отдел может решить с помощью автоматизации? Кейс Netpeak....
07 03 2026 15:30:14
Данные по 22,4 миллионам кликов в 46 тематиках и 392 населенных пунктах страны — собрана статистика исключительно по проектам агентства Netpeak. Узнать больше!...
06 03 2026 23:25:55
Предположим, что оптимизация в аккаунте похожа на реальный мир и рассмотрим несколько примеров :)...
05 03 2026 16:52:12
Опыт стартапа Paperform для стартаперов, которые боятся начать из-за ограниченного бюджета и/или отсутствия знаний в маркетинге. Надеемся, эта история вдохновит предпринимателей и поможет меньше сомневаться на счет запуска без бюджета....
04 03 2026 8:40:57
Ringostat и Binotel. Сравнение главных сервисов для коллтрекинга в Украине...
03 03 2026 9:34:58
Семинар с примерами юзабилити решений от Twitter, Airbnb, Amazon и других компаний....
02 03 2026 22:37:49
Мы собрали и проанализировали ответы 270 владельцев и маркетологов...
01 03 2026 15:21:51
Используем маску ввода для оптимизации сбора телефонных номеров в формах на сайте: кейсы агентства Netpeak...
28 02 2026 10:30:34
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 ::