【關(guān)于 Word2vec】 那些你不知道的事
作者：楊夕
項目地址：https://github.com/km1994/NLP-Interview-Notes
個人論文讀書筆記：https://github.com/km1994/nlp_paper_study
【注：手機閱讀可能圖片打不開！！！】
一、Wordvec 介紹篇
1.1 Wordvec 指什么?
介紹：word2vec是一個把詞語轉(zhuǎn)化為對應(yīng)向量的形式。word2vec中建模并不是最終的目的，其目的是獲取建模的參數(shù)，這個過程稱為fake task。
雙劍客
CBOW vs Skip-gram
1.2 Wordvec 中 CBOW 指什么?
CBOW
思想：用周圍詞預(yù)測中心詞
輸入輸出介紹：輸入是某一個特征詞的上下文相關(guān)的詞對應(yīng)的詞向量，而輸出就是這特定的一個詞的詞向量
1.3 Wordvec 中 Skip-gram 指什么?
Skip-gram
思想：用中心詞預(yù)測周圍詞
輸入輸出介紹：輸入是特定的一個詞的詞向量，而輸出是特定詞對應(yīng)的上下文詞向量
1.4 CBOW vs Skip-gram 哪一個好？
CBOW 可以理解為 一個老師教多個學(xué)生；（高等教育）
Skip-gram 可以理解為 一個學(xué)生被多個老師教；（補習(xí)班）
那問題來了？
最后 哪個學(xué)生 成績 會更好？
二、Wordvec 優(yōu)化篇
2.1 Word2vec 中 霍夫曼樹 是什么？
HS用哈夫曼樹，把預(yù)測one-hot編碼改成預(yù)測一組01編碼，進行層次分類。
輸入輸出：
輸入：權(quán)值為(w1,w2,...wn)的n個節(jié)點
輸出：對應(yīng)的霍夫曼樹
步驟：
將(w1,w2,...wn)看做是有n棵樹的森林，每個樹僅有一個節(jié)點。
在森林中選擇根節(jié)點權(quán)值最小的兩棵樹進行合并，得到一個新的樹，這兩顆樹分布作為新樹的左右子樹。新樹的根節(jié)點權(quán)重為左右子樹的根節(jié)點權(quán)重之和。
將之前的根節(jié)點權(quán)值最小的兩棵樹從森林刪除，并把新樹加入森林。
重復(fù)步驟2）和3）直到森林里只有一棵樹為止。
舉例說明： 下面我們用一個具體的例子來說明霍夫曼樹建立的過程，我們有(a,b,c,d,e,f)共6個節(jié)點，節(jié)點的權(quán)值分布是(20,4,8,6,16,3)。
首先是最小的b和f合并，得到的新樹根節(jié)點權(quán)重是7.此時森林里5棵樹，根節(jié)點權(quán)重分別是20,8,6,16,7。此時根節(jié)點權(quán)重最小的6,7合并，得到新子樹，依次類推，最終得到下面的霍夫曼樹。
2.2 Word2vec 中 為什么要使用 霍夫曼樹？
一般得到霍夫曼樹后我們會對葉子節(jié)點進行霍夫曼編碼，由于權(quán)重高的葉子節(jié)點越靠近根節(jié)點，而權(quán)重低的葉子節(jié)點會遠(yuǎn)離根節(jié)點，這樣我們的高權(quán)重節(jié)點編碼值較短，而低權(quán)重值編碼值較長。這保證的樹的帶權(quán)路徑最短，也符合我們的信息論，即我們希望越常用的詞擁有更短的編碼。如何編碼呢？一般對于一個霍夫曼樹的節(jié)點（根節(jié)點除外），可以約定左子樹編碼為0，右子樹編碼為1.如上圖，則可以得到c的編碼是00。
在word2vec中，約定編碼方式和上面的例子相反，即約定左子樹編碼為1，右子樹編碼為0，同時約定左子樹的權(quán)重不小于右子樹的權(quán)重。
2.3 Word2vec 中使用 霍夫曼樹 的好處？
由于是二叉樹，之前計算量為V,現(xiàn)在變成了log2V；
由于使用霍夫曼樹是高頻的詞靠近樹根，這樣高頻詞需要更少的時間會被找到，這符合我們的貪心優(yōu)化思想。
2.4 為什么 Word2vec 中會用到 負(fù)采樣？
動機：使用霍夫曼樹來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以提高模型訓(xùn)練的效率。但是如果我們的訓(xùn)練樣本里的中心詞w是一個很生僻的詞，那么就得在霍夫曼樹中辛苦的向下走很久了；
介紹：一種概率采樣的方式，可以根據(jù)詞頻進行隨機抽樣，傾向于選擇詞頻較大的負(fù)樣本；
優(yōu)點：
用來提高訓(xùn)練速度并且改善所得到詞向量的質(zhì)量的一種方法；
不同于原本每個訓(xùn)練樣本更新所有的權(quán)重，負(fù)采樣每次讓一個訓(xùn)練樣本僅僅更新一小部分的權(quán)重，這樣就會降低梯度下降過程中的計算量。
2.5 Word2vec 中會用到 負(fù)采樣 是什么樣？
因為使用softmax時，分母需要將中心詞與語料庫總所有詞做點乘，代價太大：
所以負(fù)采樣方法將softmax函數(shù)換成sigmoid函數(shù)。
選取K個負(fù)樣本，即窗口之外的樣本，計算中心詞與負(fù)樣本的點乘，最小化該結(jié)果。計算中心詞與窗口內(nèi)單詞的點乘，最大化該結(jié)果，目標(biāo)函數(shù)為：
2.6 Word2vec 中 負(fù)采樣 的采樣方式？
NS是一種概率采樣的方式，可以根據(jù)詞頻進行隨機抽樣，我們傾向于選擇詞頻比較大的負(fù)樣本，比如“的”，這種詞語其實是對我們的目標(biāo)單詞沒有很大貢獻的。
Word2vec則在詞頻基礎(chǔ)上取了0.75次冪，減小詞頻之間差異過大所帶來的影響，使得詞頻比較小的負(fù)樣本也有機會被采到。
極大化正樣本出現(xiàn)的概率，同時極小化負(fù)樣本出現(xiàn)的概率，以sigmoid來代替softmax，相當(dāng)于進行二分類，判斷這個樣本到底是不是正樣本。
三、Wordvec 對比篇
3.1 word2vec和NNLM對比有什么區(qū)別？（word2vec vs NNLM）
NNLM：是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語言模型，使用前 n - 1 個單詞預(yù)測第 n 個單詞;
word2vec ：使用第 n - 1 個單詞預(yù)測第 n 個單詞的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。但是 word2vec 更專注于它的中間產(chǎn)物詞向量，所以在計算上做了大量的優(yōu)化。優(yōu)化如下：
對輸入的詞向量直接按列求和，再按列求平均。這樣的話，輸入的多個詞向量就變成了一個詞向量。
采用分層的 softmax(hierarchical softmax)，實質(zhì)上是一棵哈夫曼樹。
采用負(fù)采樣，從所有的單詞中采樣出指定數(shù)量的單詞，而不需要使用全部的單詞
3.2 word2vec和tf-idf 在相似度計算時的區(qū)別？
word2vec 是稠密的向量，而 tf-idf 則是稀疏的向量；
word2vec 的向量維度一般遠(yuǎn)比 tf-idf 的向量維度小得多，故而在計算時更快；
word2vec 的向量可以表達語義信息，但是 tf-idf 的向量不可以；
word2vec 可以通過計算余弦相似度來得出兩個向量的相似度，但是 tf-idf 不可以；
四、word2vec 實戰(zhàn)篇
4.1 word2vec訓(xùn)練trick，window設(shè)置多大？
window設(shè)置：
比較大，會提取更多的topic信息
設(shè)置比較小的話會更加關(guān)注于詞本身。
默認(rèn)參數(shù)是5，但是在有些任務(wù)中window為2效果最好，比如某些英語語料的短文本任務(wù)（并非越大越好）
4.1 word2vec訓(xùn)練trick，詞向量緯度，大與小有什么影響，還有其他參數(shù)？
詞向量維度代表了詞語的特征，特征越多能夠更準(zhǔn)確的將詞與詞區(qū)分，就好像一個人特征越多越容易與他人區(qū)分開來。但是在實際應(yīng)用中維度太多訓(xùn)練出來的模型會越大，雖然維度越多能夠更好區(qū)分，但是詞與詞之間的關(guān)系也就會被淡化，這與我們訓(xùn)練詞向量的目的是相反的，我們訓(xùn)練詞向量是希望能夠通過統(tǒng)計來找出詞與詞之間的聯(lián)系，維度太高了會淡化詞之間的關(guān)系，但是維度太低了又不能將詞區(qū)分，所以詞向量的維度選擇依賴于你的實際應(yīng)用場景，這樣才能繼續(xù)后面的工作。一般說來200-400維是比較常見的。
參考資料
word2vec原理(一) CBOW與Skip-Gram模型基礎(chǔ)
word2vec原理(二) 基于Hierarchical Softmax的模型
word2vec原理(三) 基于Negative Sampling的模型
神經(jīng)網(wǎng)路語言模型(NNLM)的理解
NLP 面試題（一）和答案，附有參考URL
