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:
Помимо полезного и качественного продукта, услуги, компании нужен мощный маркетинг. И возможно это только благодаря хорошему директору по маркетингу. Только так это работает. Кто лучшие в этой нише в Казахстане? Узнать!...
02 06 2026 19:20:17
Как создавать интеpaктивные рассылки-сайты и чем они хороши...
01 06 2026 8:28:45
Новая инструкция, которую можно применять к любым задачам в Google Таблицах....
31 05 2026 12:19:50
General Data Protection Regulation (GDPR): ответы на вопросы....
30 05 2026 13:20:19
Медиаплан для контекстной рекламы малого и среднего бизнеса — как составить медиаплан мечты для рекламных кампаний без ложного понимания, что автоматические сервисы могут корректно обработать сырые данные и выдать результат...
29 05 2026 18:59:48
Персональный чек-лист автора десятков рассылок: три года опыта и регулярное общение с техподдержкой почтовых сервисов. Всё о том, как не попасть в спам и как из него спасаться. А может и не всё. Можете дополнить этот пост своими фишками? Делитесь!...
28 05 2026 5:57:46
Расскажем про ошибки интернет-магазинов, которые трудно найти соответствующими программами и сервисами проверки...
27 05 2026 19:44:37
Как делать большие деньги даже, когда случаются кассовые разрывы и каким образом строить процессы внутри компании, чтобы сотрудники горели своим (вашим) делом? Узнать!...
26 05 2026 23:57:59
Быстрый и бесплатный способ настройки целей через Google Tag Manager....
25 05 2026 1:58:48
У нас было 500 вечнозеленых постов и желание понять алгоритм ленты Facebook....
24 05 2026 18:19:57
Информация для SEO- и PPC-специалистов, маркетологов и предпринимателей малого бизнеса...
23 05 2026 12:25:19
Как построить самостоятельную комaнду и научиться спокойно делегировать...
22 05 2026 5:25:21
Как получить больше конверсионного трафика из поиска и не выйти за рамки KPI? Запустите SNDS-кампании...
21 05 2026 23:38:55
Главная цель инфлюенс-маркетинга — теплый и близкий контакт с аудиторией. Клиентам нравится ассоциировать продукты с живыми, знакомыми им людьми — пускай и только по интернету. Читать дальше....
20 05 2026 7:16:43
Человеку стало плохо, он теряет сознание. Те, кто рядом, хотят помочь, но не знают, как это сделать. Давайте разбираться....
19 05 2026 3:19:24
14 пунктов, которые помогут вам лучше изучить свой бизнес и подготовить эффективную SMM-стратегию...
18 05 2026 3:59:32
Как найти продавцов для маркетплейса с помощью рекламы в Google, Facebook, TikTok и Viber....
17 05 2026 9:58:36
Опции скриншутера, которые упростят вам жизнь....
16 05 2026 6:23:18
«Случайный» посетитель потому, что может уйти (не сделав покупку) и не вернуться, не стать клиентом. Пуш-уведомления позволяют посетителю сразу стать подписчиком: ему предлагают подписаться на рассылку. Как это использовать? Читайте!...
15 05 2026 16:23:27
Сторителлинг — это способ рассказывать истории, его цель — дать возможность читателю или зрителю почувствовать себя героем этой истории,...
14 05 2026 12:42:46
Советы специалистов Netpeak: виды фильтров Google, что с этим делать и как снять ручные санкции Google....
13 05 2026 22:19:45
Возможно, вы купили обувь Intertop именно после просмотра нашей рекламы....
12 05 2026 15:40:59
SEO-специалист Константин Гайдук поделился с читателями блога постом о фишках работы линкбилдера с поиском Яндекс....
11 05 2026 13:40:33
Удача и везение — не случайность. Это выбор. Любопытные эксперименты профессора Ричарда Вайсмена инсайде...
10 05 2026 13:20:50
Поговорим о soft skills, потому что именно они, исходя из моего опыта, помогают строить поистине сильные комaнды....
09 05 2026 7:52:38
Шпаргалка по размерам креативов для всех, кто запускает рекламу в соцсетях...
08 05 2026 21:13:19
Давайте разбираться, в чем именно обвиняют техногиганта разработчики и действительно ли такую рекламу считают циничной....
07 05 2026 5:12:48
Четыре способа исключить нерелевантные места размещения видеорекламы, а также полезные списки минус-слов и детских YouTube-каналов....
06 05 2026 6:55:57
Ноу-хау, интересные для бизнеса, которые вошли в ежегодный рейтинг журнала Time....
05 05 2026 5:51:19
Бета-версия помогает записывать действия пользователей на сайте и благодаря этому улучшать удобство использования сайта и в перспективе растить продажи. Узнать больше!...
04 05 2026 12:33:30
Как трафик CDN повлиял на систему интернет-магазина — палим кейсы...
03 05 2026 14:55:35
Если ваша фирма работает на предоставление услуг в медицине, следует учесть требования рекламных систем в интернете, чтобы объявления в с первого раза прошли модерацию...
02 05 2026 10:22:32
Одесса. Конференция «Контекстная реклама 2013». Самые полезные настройки рекламной кампании....
01 05 2026 8:41:33
Как увеличить охват целевой аудитории ресторана или магазина с помощью рекламы на мобильных и сверхточного геотаргетинга...
30 04 2026 15:23:30
Чтобы обезопасить себя и своих клиентов, используйте технологию 3D Secure. Больше рекомендаций — в статье....
29 04 2026 20:37:23
C какими сложностями пришлось столкнуться при создании интернет-магазина....
28 04 2026 13:24:48
Инструкция с применением языка R. Полезно веб-аналитикам, которые работают с крупными интернет-магазинами. Например, на сайте еженедельно появляется примерно 1000 новых наименований и такое же количество позиций переходит в статус «нет в наличии»....
27 04 2026 1:43:26
Структура того, чем обладают сотрудники департаментов работы с клиентами лучших компаний....
26 04 2026 15:59:51
Семнадцать крутых шагов к эффективному бренду Заг — это авторский неологизм от слова зигзаг (англ. zigzag). Он подразумевает движение в другом направлении....
25 04 2026 15:50:45
Благодаря сервисам оплаты частями у покупателей появляется возможность покупать товары и услуги по выгодным ценам. А у бизнеса — увеличивать объем продаж....
24 04 2026 16:10:20
В третьем квартале Netpeak внедрил множество крутых улучшений. Мы подробно расскажем о семи самых интересных новостях....
23 04 2026 21:15:43
Комaнда Serpstat провела исследование среди интернет-маркетологов и создала виджет, который рассчитывает среднюю зарплату на основе опыта, навыков и знаний специалистов. Что из этого получилось, читаем в статье....
22 04 2026 10:20:23
Специалисты дропшиппинг-платформы делятся данными по самым продаваемым товарам на крупных онлайн-площадках. Информация для масштабирования бизнеса. Читать!...
21 04 2026 15:49:14
Что такое посол бренда и чем он отличается от адвоката бренда?...
20 04 2026 16:54:50
Автор книги о вирусном маркетинге «Заразительный. Психология сарафанного радио» Йона Бергер пришел к выводу, что у виральности всего шесть принципов....
19 04 2026 3:12:29
Топ doodle games от Google — от менее достойных к самым крутым....
18 04 2026 8:10:27
Опыт коллег и их рекомендации — самая ценная валюта в арбитраже. Давайте объединим усилия и составим актуальный рейтинг СРА-сетей Украины....
17 04 2026 5:56:18
Зачем внедрять BI-решение для бизнеса, какие функции отдел может решить с помощью автоматизации? Кейс Netpeak....
16 04 2026 7:50:10
Как автоматизировать рутину в Google Таблицах с помощью Google Apps Script...
15 04 2026 6:17:31
Как развить в себе такой EQ, как хочется, и далее использовать его для достижения успеха. Рецензия на книгу Дэниела Гоулмана «Эмоциональный интеллект в бизнесе»....
14 04 2026 23:10:32
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 ::