我理解的文本表示模型

词袋模型与N-grams模型

1 词袋模型 (Bag of Words)
- 1.1 one-hot 取值 (Binary)
- 1.2 Term Frequency 取值 (TF)
- - 普通频数 $raw_{tf}$
  - 频率
  - 范数归一化
  - 对数频数
- 1.3 Inverse document frequency (IDF)
- 1.4 TF-IDF scores 取值
N-Gram

最简单的文本建模场景：垃圾短信分类

表1 样本示例

短信内容	短信类别
样本1：“欢迎来到某某新葡京，点击就送一百万！”	标签1：垃圾短信
样本2：“您好，请您于晚上8点前至某某小区东门取件，取件码为xxxxxx”	标签2：非垃圾短信
样本3：…	标签2：…

想要对短信进行分类，首先明确，在这次建模中，X是什么，Y是什么。
很明显第一列短信内容为X，而短信的类别为Y。
我们可能有30000个这样的样本。
我们期望达到的效果是，当手机收到一条短信时，模型能够自发的判断出这条短信属于哪一类。然而计算机是无法直接读懂中文的，我们首先第一步需要做的便是，将这些汉字转换为计算机能够读懂的语言。而这一步我们将它称为 文本表示模型。

下文中的一部分参考了百面机器学习，并介绍了两种常见的文本表示模型。
按照我的理解来看，我经常搞不清很多教材中写的document的到底是什么。我认为文本表示模型的一个document应该就是表1中的样本1，即一条短信。30000条短信也即代表着30000个documents。

1 词袋模型 (Bag of Words)

模型的一个输入示例：欢迎来到澳门新葡京，点击就送一百万！
模型的一个输出示例：[0,0,1,0,0,0,1,1,0,1,0,…]
对于词袋模型来说，最终的目的是将每个样本都转换成一个向量。
向量的维数（长度） 代表着所有样本中不重复的单词数。在我们的例子里，这个向量的长度是所有的 30000 条短信里面出现的汉字（不重复）的数量。如“澳”，“门”，“新”，“葡”，“京”，…, 即便同一条短信出现过多次，每个字也只能在向量维数中占据一个位置。
向量每一个维度的取值 可以有很多种方法决定。大体上这个值代表该维度对应的这个独特的字/单词对这条样本的意义。所以目前对我们来说，Bag-of-Words 给我们提供了一个向量的框子，我们只需要看一下怎么把“某个单词对该样本的意义”这个东西量化出来，并一个一个填进框子里，就可以了。
主要存在以下几种量化方法：

1.1 one-hot 取值 (Binary)

最简单的方法：某个单词出现在该document中，那么该维度对应的数值取1，否则取0.
可以参考：词袋模型
在这里插入图片描述

1.2 Term Frequency 取值 (TF)

可以用很多种方法来使用词频。

普通频数 $raw_{tf}$

比如使用普通频数，直接用每个document 中每个单词出现的次数做为向量的取值。但是越长的document一定会有更多的词，导致其向量各个维度整体取值都更大。因此需要一定的标准化。

频率

使用 document 的单词数量进行标准化 (即普通频数除以document的长度)
$\frac{term frequency}{total number of words}$

范数归一化

使用 $raw_{tf}$ 的范数归一化 (普通频数除以普通频数向量的模)
$\frac{raw_{tf}}{||raw_{tf} vector||_p}$

对数频数

$tf = \log(1+raw_{tf})$

以上为几种根据词频对向量进行取值的方法。但是完全根据词频进行计算会面临一个问题：
越常见的词越容易获得更大的值。而常见词未必是对于区分短信有意义的特征。
因此我们引入了IDF：

1.3 Inverse document frequency (IDF)

IDF值主要用于衡量向量某维度代表的词，在整个样本中的稀有程度。越稀有，IDF数值越大。越不稀有，IDF数值越接近于1.
在这里插入图片描述
这个式子意味着，如果某个词在所有文档都出现，那么他可能是冠词或者介词。比如英文中的a,of,on等。这种词对于区分短信来说其实不是很好的特征，不具备区分性。所以这样的词的IDF值会很接近于1.
当然IDF的取值也可以有多种表达式，但核心宗旨大概率都是类似的。

1.4 TF-IDF scores 取值

TF-IDF 意味着将两种取值方式结合起来。即某个词对某个样本的TF-IDF分数（也即这个样本在这个词代表的特征上的取值）大，意味着这个词不仅仅在这个样本中比较常见，同时在其他文档中又相对的不那么常见。也即这个词很有可能是”新葡京“这样的，让人一看就知道这是垃圾短信的标志性词汇。
而这种结合方式即为将TF分数和IDF分数相乘。
在这里插入图片描述

TF-IDF本质是在衡量，某个单词（term）在一个文档(document)中的意义。比如“葡京”在“欢迎光临澳门新葡京，100万大奖等你拿！某某新葡京，美女荷官，在线发牌，***blah blah, 某某.com" 这个短信中的意义。而这个意义的数值大小，会作为这条短信样本的某个维度的特征，放进Bag-of-Words搭好的向量框中，将来参与到短信分类的模型中。（比如logit模型等等）

词袋模型（Bag-o-fWords）的宗旨即为将document中的每个单词都视为一个独立的特征。特征值可以为one-hot编码、TF、TFIDF等。
词袋模型具有表示直接、生成简单、效果好等特点。但是由于其过于简单，难以捕捉文本的结构。例如词序、语序等，无法在文本表示向量中体现。

N-Gram

N-gram 与词袋模型相比，旨在保留更多的语序信息，因此会将 n个相邻的单词/汉字 也加入在特征的维度中。这就是 n-gram。在Bag of Words的基础上又大幅的拓展了文本表示向量的维度。
如果只考虑两个相邻的单词，那么可以称为 bi-grams。
在这里插入图片描述
再比如：

与词袋模型相同，在通过加入相邻词组成的词组后，向量的维度增加。但向量的取值依然可以考虑 one-hot编码、TF编码、TF-IDF编码等方式。