【word2vec】Distributed Representation——词向量

　　Distributed Representation 这种表示，它最早是 Hinton 于 1986 年提出的，可以克服 one-hot representation 的缺点。

其基本想法是：

　　通过训练将某种语言中的每一个词映射成一个固定长度的短向量（当然这里的“短”是相对于 one-hot representation 的“长”而言的），将所有这些向量放在一起形成一个词向量空间，而每一向量则为该空间中的一个点，在这个空间上引入“距离”，则可以根据词之间的距离来判断它们之间的（词法、语义上的）相似性了。

　　为更好地理解上述思想，我们来举一个通俗的例子：假设在二维平面上分布有 N 个不同的点，给定其中的某个点，现在想在平面上找到与这个点最相近的一个点，我们是怎么做的呢？首先，建立一个直角坐标系，基于该坐标系，其上的每个点就唯一地对应一个坐标 （x,y）；接着引入欧氏距离；最后分别计算这个词与其他 N-1 个词之间的距离，对应最小距离值的那个词便是我们要找的词了。

　　上面的例子中，坐标（x,y） 的地位相当于词向量，它用来将平面上一个点的位置在数学上作量化。坐标系建立好以后，要得到某个点的坐标是很容易的，然而，在 NLP 任务中，要得到词向量就复杂得多了，而且词向量并不唯一，其质量也依赖于训练语料、训练算法和词向量长度等因素。

　　一种生成词向量的途径是利用神经网络算法，当然，词向量通常和语言模型捆绑在一起，即训练完后两者同时得到。用神经网络来训练语言模型的思想最早由百度 IDL （深度学习研究院）的徐伟提出。 这方面最经典的文章要数 Bengio 于 2003 年发表在 JMLR 上的 A Neural Probabilistic Language Model，其后有一系列相关的研究工作。

　　谷歌的 Tomas Mikolov 团队开发了一种词典和术语表的自动生成技术，能够把一种语言转变成另一种语言。该技术利用数据挖掘来构建两种语言的结构模型，然后加以对比。每种语言词语之间的关系集合即“语言空间”，可以被表征为数学意义上的向量集合。在向量空间内，不同的语言享有许多共性，只要实现一个向量空间向另一个向量空间的映射和转换，语言翻译即可实现。该技术效果非常不错，对英语和西语间的翻译准确率高达 90%。

　　考虑英语和西班牙语两种语言，通过训练分别得到它们对应的词向量空间 E 和 S。从英语中取出五个词 one，two，three，four，five，设其在 E 中对应的词向量分别为 v1，v2，v3，v4，v5，为方便作图，利用主成分分析（PCA）降维，得到相应的二维向量 u1，u2，u3，u4，u5，在二维平面上将这五个点描出来，如下图左图所示。类似地，在西班牙语中取出（与 one，two，three，four，five 对应的） uno，dos，tres，cuatro，cinco，设其在 S 中对应的词向量分别为 s1，s2，s3，s4，s5，用 PCA 降维后的二维向量分别为 t1，t2，t3，t4，t5，将它们在二维平面上描出来（可能还需作适当的旋转），如下图右图所示：
<img src="//bbsmax.ikafan.com/static/L3Byb3h5L2h0dHBzL3BpYzIuemhpbWcuY29tLzQ2OWY4NDUwMjVlZjA3MWJiYTFhNTc4NTY1ZDhiMjYxX2IuanBn.jpg" data-rawwidth="1211" data-rawheight="445" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="1211" data-original="https://pic2.zhimg.com/469f845025ef071bba1a578565d8b261_r.jpg">观察左、右两幅图，容易发现：五个词在两个向量空间中的相对位置差不多，这说明两种不同语言对应向量空间的结构之间具有相似性，从而进一步说明了在词向量空间中利用距离刻画词之间相似性的合理性。

观察左、右两幅图，容易发现：五个词在两个向量空间中的相对位置差不多，这说明两种不同语言对应向量空间的结构之间具有相似性，从而进一步说明了在词向量空间中利用距离刻画词之间相似性的合理性。

 

Tomas Mikolov在Google的时候发的这两篇paper：“Efficient Estimation of Word Representations in Vector Space”、“Distributed Representations of Words and Phrases and their Compositionality”。

　　这两篇paper中提出了一个word2vec的工具包，里面包含了几种word embedding的方法，这些方法有两个特点。一个特点是速度快，另一个特点是得到的embedding vectors具备analogy性质。analogy性质类似于“A-B=C-D”这样的结构，举例说明：“北京-中国 = 巴黎-法国”。Tomas Mikolov认为具备这样的性质，则说明得到的embedding vectors性质非常好，能够model到语义。

　　这两篇paper是2013年的工作，至今(2017.3)，这两篇paper的引用量早已经超好几千，足以看出其影响力很大。当然，word embedding的方案还有很多

常见的word embedding的方法有：

1. Distributed Representations of Words and Phrases and their Compositionality
2. Efficient Estimation of Word Representations in Vector Space
3. GloVe Global Vectors forWord Representation
4. Neural probabilistic language models
5. Natural language processing (almost) from scratch
6. Learning word embeddings efficiently with noise contrastive estimation
7. A scalable hierarchical distributed language model
8. Three new graphical models for statistical language modelling
9. Improving word representations via global context and multiple word prototypes

word2vec中的模型至今(2017.3)还是存在不少未解之谜，因此就有不少papers尝试去解释其中一些谜团，或者建立其与其他模型之间的联系

paper list

1. Neural Word Embeddings as Implicit Matrix Factorization
2. Linguistic Regularities in Sparse and Explicit Word Representation
3. Random Walks on Context Spaces Towards an Explanation of the Mysteries of Semantic Word Embeddings
4. word2vec Explained Deriving Mikolov et al.’s Negative Sampling Word Embedding Method

 

链接：https://www.zhihu.com/question/21714667/answer/19433618
来源：知乎
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