LDA算法简介

【笔记】文档主题生成模型算法

作者 Trekerz 日期 2017-01-05
LDA算法简介

LDA(Latent Dirichlet Allocation)是一种文档主题生成模型,也称为一个三层贝叶斯概率模型包含词、主题和文档三层结构


所谓生成模型,就是说,我们认为一篇文章的每个词都是通过“以一定概率选择了某个主题,并从这个主题中以一定概率选择某个词语”这样一个过程得到。文档到主题服从多项式分布,主题到词服从多项式分布。


LDA是一种非监督机器学习技术。它采用了词袋(bag of words)的方法,这种方法将每一篇文档视为一个词频向量,从而将文本信息转化为了易于建模的数字信息。

但是词袋方法没有考虑词与词之间的顺序,这简化了问题的复杂性,同时也为模型的改进提供了契机。

每一篇文档代表了一些主题所4构成的一个概率分布,而每一个主题又代表了很多单词所构成的一个概率分布。

对于语料库中的每篇文档,LDA定义了如下生成过程(generativeprocess):

  1. 对每一篇文档,从主题分布中抽取一个主题;
  2. 从上述被抽到的主题所对应的单词分布中抽取一个单词;
  3. 重复上述过程直至遍历文档中的每一个单词。

语料库中的每一篇文档与T(通过反复试验等方法事先给定)个主题的一个多项分布 (multinomialdistribution)相对应,将该多项分布记为θ。每个主题又与词汇表(vocabulary)中的V个单词的一个多项分布相对应,将这个多项分布记为φ。


LDA整体流程

先定义一些字母的含义:文档集合D,主题(topic)集合T

D中每个文档d看作一个单词序列,wi表示第i个单词,设d有n个单词。(LDA里面称之为wordbag,实际上每个单词的出现位置对LDA算法无影响)

·D中涉及的所有不同单词组成一个大集合VOCABULARY(简称VOC),LDA以文档集合D作为输入,希望训练出的两个结果向量(设聚成k个topic,VOC中共包含m个词):

·对每个D中的文档d,对应到不同Topic的概率θd,其中,pti表示d对应T中第i个topic的概率。计算方法是直观的,pti=nti/n,其中nti表示d中对应第i个topic的词的数目,n是d中所有词的总数。

·对每个T中的topict,生成不同单词的概率φt,其中,pwi表示t生成VOC中第i个单词的概率。计算方法同样很直观,pwi=Nwi/N,其中Nwi表示对应到topict的VOC中第i个单词的数目,N表示所有对应到topict的单词总数。


LDA的核心公式如下

p(w|d)=p(w|t)*p(t|d)

直观的看这个公式,就是以Topic作为中间层,可以通过当前的θd和φt给出了文档d中出现单词w的概率。其中p(t|d)利用θd计算得到,p(w|t)利用φt计算得到。

实际上,利用当前的θd和φt,我们可以为一个文档中的一个单词计算它对应任意一个Topic时的p(w|d),然后根据这些结果来更新这个词应该对应的topic。然后,如果这个更新改变了这个单词所对应的Topic,就会反过来影响θd和φt。