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:
Что такое спарклайны, об организации прострaнcтва на рабочем листе и оптимизации времени на изучение данных в экселе и таблицах Google...
02 11 2026 17:55:47
Непросто найти ответственного автора, готового проводить сео-оптимизацию своих статей, исправлять ошибки, вносить дополнения в материал. Это очень дорого? Узнать!...
01 11 2026 11:16:42
Ссылки нужно не только наращивать, но и постоянно посещать и мониторить качество уже существующих....
31 10 2026 8:34:42
Опции скриншутера, которые упростят вам жизнь....
30 10 2026 0:53:46
Чем шокировала, радовала и удивляла реклама в социальных сетях и контекстная в Google в апреле 2021 года...
29 10 2026 9:58:59
Эффективность рекламы в поиске падает, но растут YouTube, контекстно-медийная сеть и другие платформы...
28 10 2026 23:51:19
10 базовых правил оформления онлайн-таблиц. Оформление — основа таблицы. Как работать со столбцами и ячейками, комментариями и примечаниями, делать корректные цветовые выделения. Читайте далее....
27 10 2026 13:11:31
Современные платформы телефонии и коллтрекинга — это не только про звонки. С Ringostat вы узнаете, откуда пришел клиент, как менеджер ему ответил и какая реклама «принесла» деньги....
26 10 2026 5:17:25
Рекламные кампании для брендинга, роста вовлечения пользователей, продаж, лояльности. Какой формат выбрать, чтобы получить необходимое целевое действие. Узнать!...
25 10 2026 18:40:55
Настройка аналитики для пустого поиска, а также поиска по методам GET и POST...
24 10 2026 1:58:31
Кейс детской костюмерной Colombina.ua — как продвигать проект с ярко выраженной сезонностью....
23 10 2026 0:49:26
Агентство интернет-маркетинга Netpeak вышла на новые рекламные горизонты и приобрело 51% доли болгарской компании Optimization.bg....
22 10 2026 15:21:26
K-pop заpaбатывает деньги: как и сколько...
21 10 2026 4:29:14
Ярослав Легенчук поделился историей успешного «переезда» площадки IT-продукта из Рунета в страны ЕС...
20 10 2026 1:50:53
Исправляем ошибки в рекламных кампаниях, аналитике и бюджете...
19 10 2026 9:32:38
Как сделать приятно подписчику в день его рождения, на Новый год и в любой другой праздник....
18 10 2026 10:17:16
Мы запустили еще один полезный инструмент: Netpeak Spider....
17 10 2026 2:53:14
Начинаем серию постов в режиме реалити-шоу о подробностях продвижения крупного игрока бизнеса email- и sms-рассылок — компании UniSender....
16 10 2026 14:27:21
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....
15 10 2026 11:12:41
Как пользоваться одной из самых важных функций Google Таблиц — подробное руководство по Query...
14 10 2026 4:24:54
Идеальный вариант — грамотно оптимизировать страницы фильтров уже на этапе разработки сайта...
13 10 2026 11:36:17
Ликбез по важным понятиям, без которых нельзя начинать бизнес в интернете. Что такое домены второго и третьего уровня, чем они отличаются. Узнать больше!...
12 10 2026 22:32:50
Почему стоит внимательно относиться к выбору библиотеки JavaScript....
11 10 2026 19:50:59
Увеличение трафика из поисковых систем Азербайджана на 30% за три месяца. И он продолжает расти...
10 10 2026 16:12:20
Истории бизнеса и советы от Игоря Жаданова (Readdle), Александра Галкина (Competera) и Рагнара Саас (Pipedrive)...
09 10 2026 21:21:18
Как распредляются зарплаты по грейдам и специализации: ежегодное исследование Serpstat....
08 10 2026 23:34:44
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....
07 10 2026 22:47:48
Делайте анализ ссылочной массы хотя бы раз в месяц — и будет вам счастье....
06 10 2026 14:39:47
Как зарегистрироваться в приложении Facebook Business Manager и грамотно сделать и настроить аккаунт...
05 10 2026 23:25:24
Кейс о том, как написать большинству дилеров премиальных акустических систем в Европе и ничего не продать. И почему это кейс, а не антикейс....
04 10 2026 7:39:12
Узнаем расширенную информацию о посещениях сайта с помощью языка R — кейс Netpeak...
03 10 2026 20:40:56
Лидеров определили открытым голосованием. В ТОП-списки вошли CPA-сети, которые набрали больше всего голосов суммарно и по отдельным критериям....
02 10 2026 2:59:44
Как вести успешную рекламную кампанию в Японии, не зная языка....
01 10 2026 4:54:53
На что обратить внимание при покупке интернет-ресурса, какие факторы влияют на цену и что помогает определить качество сайта? Ответы на все эти вопросы в статье. Читать!...
30 09 2026 12:27:20
Как найти в Twitter лидеров мнений и сети ботов с помощью надстройки для Excel...
29 09 2026 9:29:37
Сергeй Бахарь неустанно исследует Google Рекламу и рассказывает о новинках нашим читателям....
28 09 2026 11:23:19
Андреас Рётль о продвижении Journi: как трое выпускников Стэнфордского университета создали приложение для сторителлинга с 25 000 пользователями в 100 странах....
27 09 2026 17:15:16
Начинали с SEO на этапе разработки нового сайта. Узнать больше!...
26 09 2026 23:23:33
Чтобы раскрутить себя в Твиттер иногда нужно чистить списки фолловеров и это намного проще, чем кажется :)...
25 09 2026 11:32:18
Для эффективной оценки работы кампаний не обойтись без вычисляемых показателей. Они экономят время PPC-специалиста и позволяют правильно анализировать рекламные кампании....
24 09 2026 4:11:45
Спойлер: чтобы получить наилучший результат с наименьшими усилиями и затратами времени....
23 09 2026 7:17:31
Как найти, нарастить и проанализировать ссылочную массу...
22 09 2026 13:53:46
Инструкция по интеграции рекламной кампании с чат-ботом...
21 09 2026 3:51:29
Обучение SEO, PPC, курс по изучению языка R, академии Netpeak Software, Serpstat и другие. Список обновляется....
20 09 2026 0:34:36
Энн Смарти (Ann Smarty), пожалуй, самая известная публичная личность в мире контент-маркетинга и поискового продвижения. За несколько лет она прошла путь от SEO-блогера до главного редактора авторитетного Search Engine Journal и CEO одного из самых популя...
19 09 2026 21:47:55
Пожар в дата-центре, неудачные обновления и то самое падение Facebook....
18 09 2026 6:16:54
Гифка — это зациклиненное видеоизображение, рисунок-ролик, крохотный фильм, без которого трудно представить современный сайт. Как быстро создавать гифки и получать профит....
17 09 2026 4:34:14
Когорта в google ***ytics позволяет снять любые претензии в духе «прошел уже целый месяц, где результаты»....
16 09 2026 10:17:36
Кейс SEO-продвижения в США: рост трафика сайта с помощью низкочастотных запросов....
15 09 2026 17:50:24
Зная стоимость клика в вашей тематике или регионе, коэффициент конверсии на сайте, вы можете оценить объем необходимых в рекламу инвестиций и прогнозировать стоимость конверсии. Узнать больше!...
14 09 2026 16:11:10
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 ::