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:
Основные законы приняты. Что это значит?...
08 06 2026 13:26:46
Николь Лаззаро из XEODesign провела исследование о том, почему мы играем или не играем в игры....
07 06 2026 1:44:18
Отслеживаем эффективность приложения в Search Console на примере OLX.KZ...
06 06 2026 21:40:51
Самопомощь по тревоге во время карантина и экономического кризиса...
05 06 2026 18:53:35
Как улучшить конверсию сайта: идеи для маркетологов...
04 06 2026 14:23:36
Краткий обзор динамических мультимедийных объявлений...
03 06 2026 19:28:32
Решили написать про новый формат рекламы — баннерный...
02 06 2026 17:58:53
Почему соотношение данных об использовании приложения важнее, чем количество установок и удалений...
01 06 2026 8:40:50
Андрей Чумаченко про будни топ-менеджера, постановку, декомпозицию, помощь и контроль выполнения задач сотрудниками комaнд, которые входят в состав департамента маркетинга, а также о регулярных встречах и тонкостях работы. Узнать больше!...
31 05 2026 16:40:30
Многие недооценивают триггерное письмо после оформления покупки, а зря. И вот почему....
30 05 2026 10:36:26
Подробно рассказываем, как создать, внедрить и проверить XML-карту сайта....
29 05 2026 18:21:40
HR-советы компаниям, которым нужно найти больше трех джунов в проект...
28 05 2026 5:45:28
Как добавить свою рекламу через поисковый сервис с картинками в Google....
27 05 2026 5:17:25
В статье коротко о способах объединения данных из разных источников для создания отчётов...
26 05 2026 4:59:50
Делимся полезным скриптом — он проверяет код ответа сервера для списка страниц, до 1000 за сутки....
25 05 2026 9:28:21
Как найти индивидуальный подход к аудитории на каждом этапе воронки продаж? В этом вам поможет правильно составленная стратегия контекстной рекламы....
24 05 2026 9:10:54
Выясняем, есть ли жизнь у мобильных всплывающих окон, и как их сделать правильно...
23 05 2026 22:21:57
Стратегия контекстной рекламы для лендинга турагенства: увеличение количества онлайн-бронирований на 100%...
22 05 2026 11:31:53
Наличие или отсутствие в карточках отзывов о товарах интернет магазина сказывается на продажах, а также оказывает влияние на SEO. Об этом, а также о пользе автоматизированного сбора отзывов о товарах мы расскажем в этой статье....
21 05 2026 17:14:19
Сравним разные модели атрибуции с точки зрения оценки финансовых показателей проекта...
20 05 2026 3:37:10
Как создать аккаунт в Google Merchant Center, загрузить и изменить фид с информацией о товарах, — делимся тонкостями настройки кампаний шопинга...
19 05 2026 18:44:25
Интернет-маркетинг это не просто способ заработать. Про работу sео оптимизатора в Netpeak из первых уст...
18 05 2026 3:39:24
Новый способ автоматизации процессов при настройке аналитики больших объемов данных....
17 05 2026 23:35:16
Рекламируем онлайн-уроки к 1 сентября. Именно сочетание Facebook и Google Ads помогло нам сначала обратиться к родителям (которые, например, листают соцсеть по пути домой) и потом уже напомнить о себе с помощью Google Рекламы...
16 05 2026 12:18:58
Владельцы айфонов в странах арабского мира легче расстаются с деньгами за приложения. Вот почему арабская локаль в App Store так привлекательна...
15 05 2026 5:31:23
Почему в высококонкурентных тематиках важно оптимизировать поведенческие показатели...
14 05 2026 4:26:44
Покажем, как продвигать сайты, продающие детскую обувь...
13 05 2026 15:22:39
Возможности для специалистов по рекламе в Facebook, о которых знают далеко не все. Подробности — тут....
12 05 2026 23:50:57
Чтобы проставить 301 редиректы, вначале надо выгрузить весь список топовых страниц по обратным ссылкам...
11 05 2026 23:31:21
Примеры новой концепции Digital-маркетинга по формуле 8Р...
10 05 2026 17:30:58
О феномене Баадера-Майнхофа — как на самом деле работают системы баннерной рекламы в интернете...
09 05 2026 22:42:44
Узнайте зарплату интернет-маркетологов с новым рейтингом от Serpstat....
08 05 2026 8:21:28
Лучшие маркетинговые ориентиры тем, кто захочет познакомиться с SEO и контекстной рекламе...
07 05 2026 5:21:50
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!...
06 05 2026 22:26:59
Четыре важных шага для новичка...
05 05 2026 22:13:30
Где искать информацию, как составить контент-план, писать тексты быстро и легко, а затем продвигать их. Собрали для вас подборку постов о разных этапах работы с контентом....
04 05 2026 14:49:15
Разработка, вёрстка и оптимизация мобильных версий сайтов — популярные темы последнего времени. Мы расскажем, что стоит и что не стоит делать в мобильном SEO....
03 05 2026 8:11:50
От создания аккаунта до выбора пикселя — просто и понятно про TikTok....
02 05 2026 8:43:19
Отныне мы можем настраивать показы рекламы на мужчин и женщин определенной возрастной группы....
01 05 2026 12:31:23
Как мы продвигали бизнес-страницы OLX с помощью рекламы в Facebook, TikTok и Viber....
30 04 2026 13:27:21
Качество передаваемых данных напрямую отражается на качестве решений, принимаемых для бизнеса. Как защититься от таких ошибок?...
29 04 2026 7:14:47
Рекламные аукционы Фейсбук заточены поднимать объявление с наивысшей итоговой ценностью — это главное отличие от классических аукционов...
28 04 2026 1:25:51
Советы специалистов Netpeak: виды фильтров Google, что с этим делать и как снять ручные санкции Google....
27 04 2026 12:28:35
Старт любых активностей в сфере email-маркетинга — разработка стратегии...
26 04 2026 21:11:56
Готовые триггерные письма и сценарии позволяют быстро запустить триггеры после реализации технических заданий разработчиком....
25 04 2026 14:54:43
В этом году часть пользователей предпочла вернуться к привычным покупкам в оффлайн-магазинах....
24 04 2026 8:27:27
Хотите говорить с клиентами? Пишите им в телеге. Для этого важно продвижение телеграм-канала. Что и как делать для раскрутки — подробная инструкция....
23 04 2026 19:54:23
Миссия компании: делимся опытом создания и реализации в компании с 300 сотрудниками...
22 04 2026 0:56:30
О тенденциях на рынке ecommerce и переходе Хорошоп на удалёнку....
21 04 2026 13:29:30
Начинаем серию постов в режиме реалити-шоу о подробностях продвижения крупного игрока бизнеса email- и sms-рассылок — компании UniSender....
20 04 2026 21:21:41
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 ::