概率隐语义分析(Probabilistic Latent Semantic Analysis, PLSA)

Probabilistic Latent Semantic Analysis

PLSA来自于一篇1999年UAI的一篇文章,他研究的是一下概率图:

概率隐语义分析(Probabilistic Latent Semantic Analysis, PLSA)_第1张图片
其中d表示document,z是隐变量,表示潜在的语义,w是表示词word。从独立性来看,这个图跟下面的图是等价的,都满足 d ⊥ w ∣ z d\bot w|z dwz
概率隐语义分析(Probabilistic Latent Semantic Analysis, PLSA)_第2张图片
所以在那篇原始论文中[1],求解模型的时候,直接求解了(b)模型。求解方法就是标准的EM方法(更多可看我的另一篇博客《带你理解EM算法》),其推导结果如下:
概率隐语义分析(Probabilistic Latent Semantic Analysis, PLSA)_第3张图片
我们只要不停迭代更新这几个分布的参数直到收敛就可以了。

Latent Semantic Analysis

然而在传统的LSA中,其实是没有用到概率的,他们只看到D和W的,于是就组成一个二维矩阵,然后用SVD去分解他,如下图所示
概率隐语义分析(Probabilistic Latent Semantic Analysis, PLSA)_第4张图片
这时候,我们可以对word以及document进行降维。现在其实我们可以对SVD赋予一个概率上的含义,如果我们令 P = p ( w , d ) P=p(w,d) P=p(w,d),由word和document组成的概率分布,并设 U = ( p ( w i ∣ z k ) ) i , k U=(p(w_i|z_k))_{i,k} U=(p(wizk))i,k, V = ( p ( d j ∣ z k ) ) j , k V=(p(d_j|z_k))_{j,k} V=(p(djzk))j,k, Σ = d i a g ( P ( z k ) ) k \Sigma = diag(P(z_k))_k Σ=diag(P(zk))k, 于是, P = U Σ V T P=U\Sigma V^T P=UΣVT。所以,PLSA本质上可以看做是在用EM算法迭代地去求解一个SVD分解。

反过来说,矩阵分解可以看做是求解图(b)那样的生成模型,通过找到一种隐式表征Z来构造出显式的数据W,D,而这跟PCA和Factor Analyic,VAE等生成模型如出一辙,非常有意思。

参考资料

[1] Hofmann, Thomas. “Probabilistic latent semantic analysis.” Proceedings of the Fifteenth conference on Uncertainty in artificial intelligence. Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1999.

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