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 работать с негативом и что делать, чтобы его было меньше/не было вовсе....
16 10 2026 19:46:50
Базовые знания, которые нужны, чтобы ресурс понравился поисковикам и пользователям....
15 10 2026 15:12:49
Идеальный вариант — грамотно оптимизировать страницы фильтров уже на этапе разработки сайта...
14 10 2026 1:48:48
А ещё Netpeak Cluster стал инструментом и у нас появился хаб знаний на YouTube....
13 10 2026 21:18:16
О феномене Баадера-Майнхофа — как на самом деле работают системы баннерной рекламы в интернете...
12 10 2026 1:54:47
Простые пошаговые советы о том, как самому сделать верстку шаблона Wordpress. От вас не требуется знание PHP, но хорошо если вы владеете Photoshop и CSS для создания дизайна. Узнать больше!...
11 10 2026 18:48:33
Мы собрали и проанализировали ответы 270 владельцев и маркетологов...
10 10 2026 0:59:32
Чтобы создать позитивный образ компании, бренда, персоны или работодателя в поисковых системах, нужно приложить много усилий. Но, поверьте, результат того стоит. И начать стоит с репутационного аудита....
09 10 2026 22:33:55
Как связать данные, полученные из множества различных источников, и визуализировать их в виде удобных интеpaктивных отчетов...
08 10 2026 20:14:49
Мы предложили фанам бренда прокатиться на автомобиле SEAT Altea Freetrack!...
07 10 2026 22:45:35
Как быстро определить, что ваш подрядчик плохо работает с рекламной кампанией....
06 10 2026 13:52:33
Лучшие плагины WordPress для SEO и продвижения сайта в поисковой системе Google и 10 советов для WordPress, которые помогут вам продвигать свой сайт...
05 10 2026 8:49:43
Почти 4,5 млрд людей имеют аккаунты в соцсетях. Огромная и активная аудитория. Но как среди нее найти своего клиента? Поможет таргетированная реклама....
04 10 2026 19:48:35
Тема поста — исследование электронной коммерции в Украине: рынки, статистика, объем продаж, поисковый потенциал....
03 10 2026 1:43:37
Помогают ли комментарии повысить эффективность рекламных постов? Единственный способ выяснить наверняка — провести A/B-тестирование в Facebook. Спойлер: тональность комментария также имеет значение в Facebook...
02 10 2026 15:36:59
Чтобы привлечь представителей малого и среднего бизнеса, мы разработали стратегии по контекстной рекламе. Это открывает двери агентства Netpeak проектам с самым скромным бюджетом...
01 10 2026 3:27:53
Популярные скрипты Google Рекламы позволяют автоматизировать рутинные и монотонные процессы. Каждый скрипт состоит из функций, переменных, объектов, сущностей, селекторов, итераторов...
30 09 2026 17:32:37
Как Bigl.ua внедрили AMP и остались очень довольны результатом....
29 09 2026 11:54:42
Идем в Бразилию: опыт Depositphotos + полезные факты....
28 09 2026 13:48:31
Как найти сетку сайтов конкурентов — рассказываем о популярных методах и секретных фишках. Бонус — инструкция по выявлению PBN конкурентов. Читать дальше!...
27 09 2026 17:29:10
Как научиться справляться со стрессом и находить в комaнду «тех самых» людей...
26 09 2026 22:55:28
Игровой формат отлично работает в email-рассылке. Но какой вид гeймификации интересен любой целевой аудитории? Давайте рассмотрим примеры....
25 09 2026 18:45:41
За что, по мнению рекламодателей, готовы платить пользователи в России и Украине? Рейтинг самых дорогих ключевых слов Google Рекламы по версии Serpstat....
24 09 2026 16:50:49
Как увеличить охват целевой аудитории ресторана или магазина с помощью рекламы на мобильных и сверхточного геотаргетинга...
23 09 2026 21:20:14
Об особенностях реализации интернет-проектов в Великобритании, России и Казахстане и фишках успешного ведения бизнеса онлайн мы побеседовали с Владимиром Меркушевым — руководителем интернет-проектов успешной казахстанской компании Kolesa.kz....
22 09 2026 2:58:17
Всё о вебхуках. Как настроить механизм получения уведомлений о событиях с помощью функций обратных вызовов....
21 09 2026 21:21:39
Как упростить работу со скриптами на языке R? Программирование удобного интерфейса с помощью пакета «gWidgets»...
20 09 2026 6:45:12
Филиалы курсов в Таллине, Москве, Днепропетровске. Оказывается, нельзя так просто взять и посчитать ROMI (возврат маркетинговых инвестиций) в этой тематике....
19 09 2026 16:20:20
Через тернии к кейсу. SEO-продвижение интернет-магазина отопительного оборудования с оплатой за трафик...
18 09 2026 2:22:43
Правила, законы, платное и бесплатное продвижение в Telegram...
17 09 2026 14:11:18
Как настроить динамический ремаркетинг в myTarget и эффективно ли работают такие объявления — делимся собственным опытом....
16 09 2026 16:54:25
Давайте разбираться, в чем именно обвиняют техногиганта разработчики и действительно ли такую рекламу считают циничной....
15 09 2026 16:41:32
Голосуй за первых лиц маркетинга ecommerce-проектов Украины...
14 09 2026 2:48:23
Сколько страниц на самом деле показывает и может перевести поисковик Google?...
13 09 2026 7:11:28
Мониторинг мобильных просмотр статистики Firebase в отчетах Google ***ytics и связь Firebase ***ytics с Google Рекламой...
12 09 2026 15:40:51
Получаем реальную статистику эффективности использования AMP-страниц с помощью АМР Client ID API....
11 09 2026 9:29:23
Как автоматизировать целый участок в работе комaнды специалистов по контекстной рекламе — кейс concert.ua...
10 09 2026 23:17:22
Разбираемся, как определить самые эффективные источники лидов....
09 09 2026 23:40:26
Как расширение от Netpeak может облегчить работу над важными SEO-задачами....
08 09 2026 13:54:16
Простая инструкция для новичков, как легко создать анимированные баннеры для рекламных кампаний с помощью бесплатного инструмента Google Web Designer. При создании баннера сервис предложит создать файл с нуля либо использовать шаблон. Узнайте обо всех возможностях!...
07 09 2026 11:29:38
Прайс-менеджерам: покупаем и моделируем недостающие данные с помощью алгоритмов машинного обучения...
06 09 2026 2:34:30
Почему сайт упал в выдаче и какой апдейт алгоритма поисковика на это повлиял...
05 09 2026 18:47:37
Мы решили узнать, как дорого обходятся рекламодателям клики по объявлениям в разных странах и тематиках, чтобы читателям блога было удобнее планировать бюджет на рекламные кампании....
04 09 2026 17:38:36
Клиникка использует лазеры и нуждается в продвижении. В специфических сферах привлечь потребителя впервые бывает сложнее и дороже, чем удержать его. Этот кейс о том, как повысить количество обращений новых клиентов с помощью видеорекламы...
03 09 2026 14:38:51
Правильно задать вопрос или сфоримулировать ответ на собеседовании это еще далеко не все. Рецензия на книгу Ласло Бока «Работа рулит»...
02 09 2026 12:41:41
Под какие треки работают интернет-маркетологи, копирайтеры и другие специалисты digital-рынка....
01 09 2026 13:40:36
Многие расширения Google Chrome предназначены для изучения иностранных языков, позволяют сохранять историю переводов и отдельные слова в словарь для дальнейшего запоминания....
31 08 2026 9:35:16
Самые точные данные статистики, которые вы получите с помощью Google Tag Manager....
30 08 2026 1:49:33
О главном секрете поискового продвижения на основе исследования, которое проводилось в течение двух лет. Здесь отсеяны все проекты со слишком малой начальной посещаемостью и проекты с пробелами в аналитике. Узнайте больше, на чем строится рост трафика!...
29 08 2026 9:45:30
Инструмент позволяет создавать ролики длительностью от 6 до 16 секунд. Созданные видеоматериалы можно размещать не только в рекламных кампаниях, но и на сайте или в email-рассылке. ...
28 08 2026 7:46:58
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 ::