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:
Первая реакция на перегорание — послать все к чертям собачьим. Очень заманчиво, но правильно ли убегать от всех проблем?...
01 09 2026 15:10:49
Важно: понимания стоимость конверсии и необходимое количество конверсий, вы можете прогнозировать, сколько денег на рекламу нужно выделить. Вот почему вам может быть полезно это исследование. Читать....
31 08 2026 7:25:26
В этом кейсе я не смогу похвастаться ROMI (возврат маркетинговых инвестиций), так как его герои — это новостные порталы. Основная задача — трафик. Но не просто трафик, а трафик по низкой стоимости....
30 08 2026 14:13:52
Лучшая работа по перехвату инициативы у конкурентов в аналитике продаж...
29 08 2026 1:46:26
Как увеличить количество транзакциий, сохранив прибыльность кампании в РСЯ?...
28 08 2026 9:34:17
Делимся советами по оптимизации рассылок. Важны новые форматы писем, предварительное тестирование, смена тем письма, ярче CTA. Все это в сочетании с понятностью и искренностью не заставит ждать хороший CTR...
27 08 2026 16:25:52
Распространенные ошибки в XML-фидах Google и Яндекс, CSV-фидах и как исправить их своими силами. Используем Notepad++, отладчик ленты Facebook и Excel. Узнать больше!...
26 08 2026 3:57:35
кейсы по seo интернет-магазина модной одежды в Болгарии: как мы сняли негативный эффект от Google Penguin и получили ROMI (возврат маркетинговых инвестиций) 1428%...
25 08 2026 1:31:48
Если ваша фирма работает на предоставление услуг в медицине, следует учесть требования рекламных систем в интернете, чтобы объявления в с первого раза прошли модерацию...
24 08 2026 1:24:44
Возможно, вы купили обувь Intertop именно после просмотра нашей рекламы....
23 08 2026 0:34:33
Заказчик всегда приходит с идеей. В этой идее может быть все продумано до мелочей, а может быть только каркас. В любом случае мысли клиента следует систематизировать так, чтобы с ними было удобно работать....
22 08 2026 10:22:17
Интересные детали интерьера в офисах украинских IT-компаний: от массажного стола и тенниса до звукозаписывающей студии и корпоративной велопарковки. Читать дальше!...
21 08 2026 0:23:18
Как создать аккаунт в Google Merchant Center, загрузить и изменить фид с информацией о товарах, — делимся тонкостями настройки кампаний шопинга...
20 08 2026 16:35:43
В помощь вебмастерам, которые поддерживают работу PBN....
19 08 2026 8:14:19
Правильная внутренняя перелинковка необходима, чтобы страницы не вылетали из индекса, а также чтобы увеличить ссылочный вес продвигаемых страниц...
18 08 2026 17:10:34
Обо всех способах передачи данных из несвязанных с сайтом источников, а также о ручной передаче данных...
17 08 2026 12:52:44
Почему кого-то ругают за плохие тексты, а у кого-то из-за таких же текстов берет интервью Юрий Дудь? И другие особенности контента: авторское право, копирайтинг. Читать!...
16 08 2026 10:30:57
Как вывести в индекс страницы сайта на Ajax: от необходимости их создания, роли SEO, ускорении индексации и реальные рекомендации всего в трех пунктах, чтобы основное преимущество таких сайтов работало безотказно...
15 08 2026 1:52:11
Ежегодно в конце ноября начинается ажиотаж вокруг «огромных» скидок на Черную пятницу. Во всем мире этого дня ждут и готовятся покупать выгоднее. Но так ли это на самом деле?...
14 08 2026 21:34:20
SEO для цветочных магазинов с оплатой за трафик и полученные результаты...
13 08 2026 12:39:10
В конце октября Яндекс начал открытое бета-тестирование новой версии Коммaндера. Я решила уже сейчас проверить все плюсы и минусы новой версии сервиса...
12 08 2026 14:16:42
Если у вас есть продукт, о котором миру стоит узнать, книга Pitch perfect придется вам очень кстати....
11 08 2026 20:43:57
Всем, кто собирается перейти на Single Page Application, но переживает, что они поссорятся с поисковыми системами. Правильно переживаете!...
10 08 2026 18:39:32
Таблица общих для Google и Яндекс микроформатов инсайде...
09 08 2026 17:57:19
Как упростить работу со скриптами на языке R? Программирование удобного интерфейса с помощью пакета «gWidgets»...
08 08 2026 3:54:15
Что значит всемирное обновление DMCA-алгоритма и приведет ли оно к полноценной защите авторских прав?...
07 08 2026 7:14:41
Ссылки нужно не только наращивать, но и постоянно посещать и мониторить качество уже существующих....
06 08 2026 9:24:11
Начинаем работать с облачным сервисом хранения Google BigQuery...
05 08 2026 3:27:42
К социальным сетям уже нельзя относиться, как к сугубо личному прострaнcтву?...
04 08 2026 12:19:22
Какие шрифты бывают, для чего они предназначены, где найти самый подходящий шрифт и как его правильно использовать?...
03 08 2026 13:57:48
Качество передаваемых данных напрямую отражается на качестве решений, принимаемых для бизнеса. Как защититься от таких ошибок?...
02 08 2026 11:44:38
Первая часть иллюстрированного руководства, в котором мы взяли 20 самых важных фактора ранжирования представлены с краткими иллюстрированными примерами. В этом тексте вы найдете первые 10. Узнать больше!...
01 08 2026 14:46:12
Гифка — это зациклиненное видеоизображение, рисунок-ролик, крохотный фильм, без которого трудно представить современный сайт. Как быстро создавать гифки и получать профит....
31 07 2026 19:49:20
Правильная постановка целей, задач и дедлайна — основа успешной работы...
30 07 2026 18:11:20
Как обезопасить себя от интернет-пиратов и защитить авторское право онлайн....
29 07 2026 10:46:42
Как правильно оформлять свое портфолио, писать сопроводительные письма и делать посты в соцсетях. С помощью простой человеческой адекватности можно выигрывать у 90% других подрядчиков. Как это использовать? Читайте дальше!...
28 07 2026 13:57:10
На этой картинке изображены два предмета. Один из них называется «буба», а второй «кики»....
27 07 2026 21:16:50
Разбор типичных ошибок в рекламе Google Shopping как обязательного инструмента рекламы в Google. О минус-словах, геолокации, структуре сайта и обновлении объявлений. Что именно важно? Читайте дальше!...
26 07 2026 7:15:44
Сбор ключевых запросов с помощью программы Кей Коллектор: показываем и рассказываем пошагово с демонстрацией процесса настройки с сервисом Яндекс.Вордстат. Читать дальше!...
25 07 2026 23:58:15
Раньше покупка фолловеров, лайков, репостов строго осуждалась. Сегодня это обычное дело. Всё больше сервисов предлагают по приемлемой цене купить репутацию в соцсетях: от лайков в Instagram до фолловеров в твиттере. Покупка фолловеров аукнется мне в будущ...
24 07 2026 17:43:49
Как говорится, люди делятся на тех, кто делит других на типы и тех, кто не делит. В этом посте — про желтых, синих, красных и зеленых людей....
23 07 2026 13:20:55
Звук телефонного звонка важен и для пользователя интернета. Как точно рассчитать полученную прибыль и рентабельность инвестиций в рекламу...
22 07 2026 22:26:34
Взяли интервью у нашего клиента — магазина климатической техники Mircli.ru. Поговорили о том, как клиенту и подрядчику лучше взаимодействовать....
21 07 2026 8:29:17
Как достучаться до сердца блогера, или Автору звонят дважды...
20 07 2026 22:23:36
О видах мобильных версий, их плюсах и минусах, а также советы по аудиту....
19 07 2026 22:45:55
Детальная инструкция по настройке рекламы мобильного приложения в Яндекс.Директ....
18 07 2026 18:36:24
Клиентам не нужно ориентироваться на попадание к поисковым топам выдачи...
17 07 2026 11:15:32
Про работу мозга и запоминание из книги Торкеля Клинберга «Информационный поток и пределы рабочей памяти» и обзор игр Lumosity....
16 07 2026 22:10:18
Как избежать скликивания, случайных переходов и «пустых» установок при рекламе мобильного приложения...
15 07 2026 8:49:31
Пример пользовательских отчетов в Google ***ytics, созданных за 15 минут...
14 07 2026 4:50:51
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 ::