Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu mô hình ngôn ngữ n gram cho tiếng việt và ứng dụng sửa lỗi dấu thanh trong tiếng việt

i

 

 

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
 
 
 
 
VŨ CHÍ HIẾU

 
 
 

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH NGÔN NGỮ N-GRAM CHO
TIẾNG VIỆT VÀ ỨNG DỤNG SỬA LỖI DẤU THANH
TRONG TIẾNG VIỆT


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2016


ii

 

 
 

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VŨ CHÍ HIẾU 

 

 


 
 

 

  NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH NGÔN NGỮ N-GRAM CHO
 

TIẾNG VIỆT VÀ ỨNG DỤNG SỬA LỖI DẤU THANH
TRONG TIẾNG VIỆT

 
 
 
 

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số:60 48 0101

 
 
 
 
 

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
Giáo viên hướng dẫn: TS. VŨ TẤT THẮNG

 
 
 
 
Thái Nguyên – 2016


iii

 


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi  xin  cam  đoan,  toàn  bộ  nội  dung  liên  quan  tới  đề  tài  được  trình  bày 
trong luận văn là bản thân tôi tự tìm hiểu và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn 
khoa học của TS. Vũ Tất Thắng Viện công nghệ thông tin thuộc Viện Khoa 
học và Công nghệ Việt Nam.
Các tài liệu, số liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ nguồn gốc.  
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 3 năm 2016

 

Học viên

Vũ Chí Hiếu

 


ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới trường Đại học CNTT&TT – Đại học Thái
Nguyên đã tạo điều kiện và tổ chức khóa học này để tôi có thể có điều kiện
tiếp thu kiến thức mới và có thời gian để hoàn thành Luận văn Cao học này.
Tôi xin được cảm ơn TS.Vũ Tất Thắng, người đã tận tình chỉ dẫn tôi
trong suốt quá trình xây dựng đề cương và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thày cô đã truyền đạt cho em những
kiến thức quý báu trong quá trình học Cao học và làm Luận văn.
Tôi chân thành cảm ơn các bạn bè, anhchị em trong lớp cao học K13
đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến chia sẽ những kinh nghiệm học tập, nghiên cứu
trong suốt khóa học.
Cuối cùng tôi kính gửi thành quả này đến gia đình và người thân của
tôi, những người đã hết lòng chăm sóc, dạy bảo và động viên tôi để tôi có kết
quả ngày hôm nay.
Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành Luận văn trong phạm vi và khả năng
cho phép nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Xin kính mong
nhận được sự cảm thông và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn.
 

 

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 3 năm 2016

Học viên

Vũ Chí Hiếu


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: MÔ HÌNH NGÔN NGỮ N-GRAM .................................................. 3
1.1.

Giới thiệu chung: ................................................................................................ 3

1.2.

Công thức tính “xác suất thô”: ............................................................................ 5

1.3.

Vấn đề khó khăn khi xây dựng mô hình ngôn ngữ N-gram: ................................ 5

1.3.1. Phân bố không đều: ................................................................................................. 5
1.3.2. Kích thước bộ nhớ của mô hình ngôn ngữ: .............................................................. 6

1.4.

Các phương pháp làm mịn: ................................................................................. 6

1.4.1. Các thuật toán chiết khấu  (discounting): ................................................................. 7
1.4.1.1. Phương pháp làm mịn Add-One: ........................................................................... 7
1.4.1.2. Phương pháp làm mịn Witten - Bell: ..................................................................... 9
1.4.1.3. Phương pháp làm mịn Good - Turing: ................................................................. 10

1.4.2. Phương pháp truy hồi: ........................................................................................... 11
1.4.3. Phương pháp nội suy: ............................................................................................ 12
1.4.4. Phương pháp làm mịn Kneser - Ney: ..................................................................... 13
1.4.5. Phương pháp làm mịn Chen - GoodMan: .............................................................. 15

1.5.

Kỹ thuật làm giảm kích thước dữ liệu: .............................................................. 15

1.5.1. Đồng hóa (Quantization): ...................................................................................... 16
1.5.2. Loại bỏ (pruning): ................................................................................................. 16
1.5.2.1. Cắt bỏ (cut-off):.................................................................................................... 17
1.5.2.2. Sự khác biệt trọng số (Weighted difference): ...................................................... 18

1.5.3. Nén (Compression): .............................................................................................. 19

1.6.

Độ đo trong đánh giá mô hình: ......................................................................... 20

1.6.1. Entropy - Độ đo thông tin: ..................................................................................... 20
1.6.2. Perplexity - Độ hỗn loạn thông tin: ........................................................................ 21
1.6.3. Error rate - Tỉ lệ lỗi: .............................................................................................. 22

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG N-GRAM CHO TIẾNG VIỆT ................................. 24
2.1. Giới thiệu: ........................................................................................................... 24


iv

2.2. Công cụ tách từ cho tiếng Việt - vnTokenizer: ..................................................... 24
2.3. Bộ công cụ SRILM: ............................................................................................ 28
2.3.1. N-gram-count: ......................................................................................................... 28
2.3.2. N-gram: ................................................................................................................... 30

2.4. Bộ công cụ trợ giúp xây dựng tập văn bản huấn luyện: ........................................ 31
2.5. Phương pháp tách câu, tách từ, gán nhãn từ loại và phân tích cú pháp: ................ 32
2.5.1. Tách câu: ................................................................................................................. 32
2.5.2. Tách từ: ................................................................................................................... 35
2.5.3. Gán nhãn từ loại: ..................................................................................................... 37
2.5.4. Phân tích cú pháp:.................................................................................................... 39

2.6. Dữ liệu huấn luyện: ............................................................................................. 40
2.7. Kết quả xây dựng mô hình: .................................................................................. 40
2.7.1. Số lượng các cụm N-gram với tiếng Việt dựa trên âm tiết: ....................................... 40
2.7.2. Số lượng các cụm N-gram với tiếng Việt dựa trên từ: .............................................. 41

2.8. Phân bố thống kê của tần số các cụm N-gram: ..................................................... 42
2.8.1. Với âm tiết. .............................................................................................................. 42
2.8.2. Với từ: ..................................................................................................................... 43

2.9. Phương pháp loại bỏ (Cut-off ): ........................................................................... 46
2.9.1. Với âm tiết ............................................................................................................... 46
2.9.2.Với từ: ...................................................................................................................... 46

2.10. Các phương pháp làm mịn: ................................................................................ 47
2.10.1. Với âm tiết: ............................................................................................................ 47
2.10.2. Với từ: ................................................................................................................... 47

CHƯƠNG  III:  ỨNG  DỤNG  N-GRAM  TRONG  BÀI  TOÁN  BÀI  TOÁN 
SỬA LỖI DẤU THANH TRONG TIẾNG VIỆT ................................................. 49
3.1. Tổng quan: .......................................................................................................... 49
3.2. Bài toán sửa lỗi dấu thanh trong tiếng Việt: ......................................................... 50
3.2.1. Phát biểu bài toán: .................................................................................................... 50
3.2.2. Đặc điểm: ................................................................................................................. 50
3.2.3. Hướng giải quyết: .................................................................................................. 51

3.3. Các hệ thống thêm dấu ứng dụng về N-gram đã có: ............................................. 51
3.3.1. Công cụ AMPad: ...................................................................................................... 51


v

3.3.2. VietPad: ................................................................................................................... 52

3.4. Đề xuất hệ thống: ................................................................................................ 53
3.5. Cài đặt thử nghiệm và đánh giá hệ thống ............................................................. 56

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 60
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 61
 
 

 


vi

DANH MỤC ẢNH
Hình 2 - 1: Quy trình tách từ .................................................................................. 24
Hình 2 - 2: Số lượng các cụm N-gram với âm tiết khi tăng kích thước dữ liệu ............ 41
Hình 2 - 3: số lượng các cụm N-gram với từ khi tăng kích thước dữ liệu................... 42
Hình 2 - 4: Số lượng các cụm N-gram (âm tiết) có tần số từ 1 đến 10 .................... 43
Hình 2 - 5:Số lượng các cụm Ngram (từ) có tần số từ 1 đến 10 .............................. 44 
Hình 3 - 1: Thêm dấu tiếng Việt tự động bằng AMPad .......................................... 52
Hình 3 - 2: Gõ tiếng Việt không dấu trên VietPad ................................................. 53
Hình 3 - 3: Lưu đồ thực hiện của mô hình đề xuất ................................................. 54
Hình 3 - 4: Giao diện chương trình ........................................................................ 57
Hình 3 - 5: Chương trình thực hiện khi văn bản đầu vào hoàn toàn không có dấu .............. 57
Hình 3 - 6: Chương trình thực hiện khi văn bản đầu vào có các từ có dấu xen kẽ ............. 58

 
 

 


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
 
Bảng 2- 1: Số lượng các cụm N-gram trong văn bản huấn luyện với âm tiết .............. 41
Bảng 2- 2: Số lượng các cụm N-gram trong văn bản huấn luyện với từ ................. 42
Bảng 2- 3: Tần số của tần số các cụm N-gram áp dụng cho âm tiết ........................ 43
Bảng 2- 4: Tần số của tần số các cụm Ngram với từ .............................................. 44
Bảng 2- 5: Bộ nhớ và độ hỗn loạn thông tin khi áp dụng loại bỏ trong âm tiết ........... 46
Bảng 2- 6:Bộnhớvàđộhỗnloạnthôngtinkhiápdụngloạibỏvớitừ ................................ 47
Bảng 2- 7: Độ hỗn loạn thông tin của các phương pháp làm mịn cho âm tiết ............. 47
Bảng 2- 8: Độ hỗn loạn thông tin của các phương pháp làm mịn cho từ ................ 48

 
 


1

LỜI NÓI ĐẦU
Ngôn ngữ tự nhiên là những ngôn ngữ được con người sử dụng trong 
các  giao  tiếp  hàng  ngày:  nghe,  nói,  đọc,  viết.  Mặc  dù  con  người  có  thể  dễ 
dàng hiểu và học các ngôn ngữ tự nhiên, việc làm cho  máy hiểu được ngôn 
ngữ tự nhiên không phải là chuyện dễ dàng. Sở dĩ có khó khăn là do ngôn ngữ 
tự nhiên có các bộ luật, cấu trúc ngữ pháp phong phú hơn nhiều các ngôn ngữ 
máy tính, hơn nữa để hiểu đúng nội dung các giao tiếp, văn bản trong ngôn 
ngữ tự nhiên cần phải nắm được ngữ cảnh của nội dung đó. Do vậy, để có thể 
xây dựng được một bộ ngữ pháp, từ vựng hoàn chỉnh, chính xác để  máy có 
thể hiểu ngôn ngữ tự nhiên là một việc rất tốn công sức và đòi hỏi người thực 
hiện phải có hiểu biết rất sâu sắc về ngôn ngữ học.  
Mô hình ngôn ngữ là một phân bố xác suất trên các tập văn bản. Nói 
một cách đơn giản, mô hình ngôn ngữ có thể cho biết xác suất một câu (hoặc 
cụm từ) thuộc một ngôn ngữ là có xác suất sinh ra là bao nhiêu.  
Ví dụ: khi áp dụng mô hình ngôn ngữ cho tiếng Việt, ta có thể có một 
kết quả có dạng tương tự như sau:  
P[“ngày mai trời sẽ mưa”]  ~ 0.001 = 10-3 
P[“trời mưa sẽ mai ngày”]  ~ 10-11 
Với các vấn đề của xử lí ngôn ngữ tự nhiên, việc sử dụng các mô hình 
ngôn ngữ để xác định xác suất xẩy ra như trên sẽ giúp giới hạn lại không gian 
tìm kiếm, để có thể tìm ra các giải pháp tốt nhất trong một khoảng thời gian 
đủ ngắn.  
Như vậy, cốt lõi nhất của các phương pháp để máy tính xử lý ngôn ngữ 
tự  nhiên  chính  là  việc  xây  dựng  mô  hình  ngôn  ngữ,  mà  ngày  nay  người  ta 
thường dùng ở dạng mô hình thống kê. Các phương pháp xử lý ngôn ngữ tự 
nhiên dựa trên thống kê không nhắm tới việc con người tự xây dựng mô hình 
ngữ pháp mà lập chương trình cho máy tính có thể “học” nhờ vào việc thống 


2

kê các từ và cụm từ có trong các văn bản. Trong các mô hình ngôn ngữ tiếng 
nói, thì N-gram là một trong số những mô hình được sử dụng rộng rãi nhất.  
Mục tiêu của luận văn, là nghiên cứu nắm bắt được những vấn đề cốt 
lõi của mô hình ngôn ngữ N-gram, đặc biệt là các kỹ thuật làm trơn các phân 
bố xác suất thống kê (Smoothing techniques), nhằm nâng cao chất lượng về 
lượng giá xác suất bởi mô hình. Ngoài ra, luận văn hướng tới việc đưa ra một 
ứng dụng cụ thể của mô hình này cho tiếng Việt, mà cụ thể là bài toán sửa lỗi 
dấu thanh trong tiếng Việt. 
 

 


3

CHƯƠNG I: MÔ HÌNH NGÔN NGỮ N-GRAM
1.1. Giới thiệu chung:
Mô hình ngôn ngữ thống kê cho phép gán (ước lượng) xác suất cho một 
chuỗi m phần tử (thường là từ) P(w1w2…wm) tức là cho phép dự đoán khả 
năng một chuỗi từ xuất hiện trong ngôn ngữ đó. Theo công thức Bayes: 
P(AB) = P(B|A) * P(A). 
Với:  
+ P(A): Xác suất xảy ra sự kiện A 
+ P(B): Xác suất xảy ra sự kiện B 
+ P(B|A): Xác suất (có điều kiện) xảy ra sự kiện B nếu biết rằng sự kiện 
A đã xảy ra. 
Thì ta dễ dàng suy ra được.  
P(w1w2…wm) = P(w1) * P(w2|w1) * P(w3|w1w2) *…* P(wm|w1w2…wm-1). 
Theo công thức này thì bài toán tính xác suất của mỗi chuỗi từ quy về 
bài toán tính xác suất của một từ với điều kiện biết các từ trước nó (có thể 
hiểu P(w1)=P(w1|start) là xác suất để w1 đứng đầu chuỗi hay nói cách khác 
người ta có thể đưa thêm ký hiệu đầu dòng start vào mỗi chuỗi).  
Trong thực tế, dựa vào giả thuyết Markov người ta chỉ tính xác suất của 
một từ dựa vào nhiều nhất n từ xuất hiện liền trước nó, và thông thường 
n=0,1,2,3. Vì vậy nhiều người gọi mô hình ngôn ngữ là mô hình N-gram, 
trong đó n là số lượng từ (bao gồm cả từ cần tính và các từ ngữ cảnh phía 
trước). 
- Với n = 1, unigram. 
- Với n = 2, ta có khái niệm bigram.  
- Với n = 3, ta có trigram. Nhưng vì n càng lớn thì số trường hợp càng 
lớn nên thường người ta chỉ sử dụng với n = 1,2 hoặc đôi lúc là 3.  


4

Theo công thức Bayes, mô hình ngôn ngữ cần phải có một lượng bộ nhớ 
vô cùng lớn để có thể lưu hết xác suất của tất cả các chuỗi độ dài nhỏ hơn m. 
Rõ ràng, điều này là không thể khi m là độ dài của các văn bản ngôn ngữ tự 
nhiên (m có thể tiến tới vô cùng). Để có thể tính được xác suất của văn bản 
với lượng bộ nhớ chấp nhận được, ta sử dụng xấp xỉ Markov bậc n:  
P(wm|w1,w2,…, wm-1) = P(wm|wm-n,wn-m+1, …,wm-1). 
Nếu áp dụng xấp xỉ Markov, xác suất xuất hiện của một từ (wm) được coi 
như chỉ phụ thuộc vào n từ đứng liền trước nó (wm-nwm-n+1…wm-1) chứ không 
phải phụ thuộc vào toàn bộ dãy từ đứng trước (w1w2…wm-1). Như vậy, công 
thức tính xác suất văn bản được tính lại theo công thức: 
P(w1w2…wm) = P(w1) * P(w2|w1) * P(w3|w1w2) *… 
           * P(wm-1|wm-n-1wm-n …wm-2)* P(wm|wm-nwm-n+1
…wm-1). 
Với công thức này, ta có thể xây dựng mô hình ngôn ngữ dựa trên việc 
thống kê các cụm có ít hơn n+1 từ. Các mô hình N-gram được hình dung 
thông qua ví dụ như sau. 
Ví dụ 1.1: Giả sử cần tính xác suất của P(nên|Có chí thì nên).  
- Mô hình 1-Gram (Uni-gram): Tính xác suất của 1 từ mà không phụ 
thuộc vào từ trước nó, tức là không có ngữ cảnh. 
 P=P(nên)  
- Mô hình 2-gram (Bi-gram): Tính xác suất của 1 từ dựa vào 1 từ liền 
ngay trước nó. 
P=P(nên|thì) 
- Mô hình 3-gram (Tri-gram): Tính xác suất của 1 từ dựa vào 2 từ liền 
ngay trước  nó.  
P=P(nên|chí thì) 
 


5

1.2. Công thức tính “xác suất thô”:
Để sử dụng được, mô hình N-gram cần được cung cấp nhiều thông tin về 
xác suất. Các thông tin này được rút trích từ một kho ngữ liệu cho trước, gọi 
là kho ngữ liệu huấn luyện.
Gọi C(wi-n+1...wi-1wi) là tần số xuất hiện của cụm wi-n+1...wi-1wi trong tập 
văn bản huấn luyện.  
Gọi P(wi|wi-n+1...wi-1) là xác suất wi đi sau cụm wi-n+1..wi-2wi-1.  
Ta có công thức tính xác suất như sau:  
P(wi|wi-n+1...wi-1) =  

C(wi-n+1...wi-1wi)

 
 C(wi-n+1...wi-1w)
w

 
Dễ thấy,  C(wi-n+1..wi-1w) chính là tần số xuất hiện của cụm wi-n+1...wi-1 
w

trong văn bản huấn luyện. Do đó công thức trên viết lại thành: 
 

 

C(wi-n+1...wi-1wi)
P(wi|wi-n+1...wi-1) =  
 
C(wi-n+1...wi-1)

Tỉ lệ ở vế phải còn gọi là tỉ lệ tần số. Cách tính xác suất dựa vào tỉ lệ tần 
số còn gọi là ước lượng xác suất cực đại. Cũng có thể gọi đây  là công thức 
tính “xác suất thô” để phân biệt với các cách tính xác suất theo các thuật toán 
sẽ xét ở phần sau.  
1.3. Vấn đề khó khăn khi xây dựng mô hình ngôn ngữ N-gram:
1.3.1. Phân bố không đều:
Khi sử dụng mô hình N-gram theo công thức “xác suất thô”, sự phân 
bố không đều trong tập văn bản huấn luyện có thể dẫn đến các ước lượng 
không chính xác. Khi các N-gram phân bố thưa, nhiều cụm N-gram không 
xuất hiện hoặc chỉ có số lần xuất hiện nhỏ, việc ước lượng các câu có chứa 
các  cụm  N-gram  này  sẽ  có  kết  quả  không  tốt.  Với  V  là  kích  thước  bộ  từ 


6

vựng, ta sẽ có Vn cụm N-gram có thể sinh từ bộ từ vựng. Tuy nhiên, thực tế 
thì số cụm N-gram có nghĩa và thường gặp chỉ chiếm rất ít. 
Ví dụ: tiếng Việt có khoảng hơn 5000 âm tiết khác nhau, ta có tổng số 
cụm 3-gram có thể có là: 5.0003 = 125.000.000.000 Tuy nhiên, số cụm 3gram thống kê được chỉ xấp xỉ 1.500.000. Như vậy sẽ có rất nhiều cụm 3gram không xuất hiện hoặc chỉ xuất hiện rất ít. 
Khi  tính  toán  xác  suất  của  một  câu,  có  rất  nhiều  trường  hợp  sẽ  gặp 
cụm  N-gram  chưa  xuất  hiện  trong  dữ  liệu  huấn  luyện  bao  giờ.  Điều  này 
làm xác suất của cả câu bằng 0, trong khi câu đó có thể là một câu hoàn 
toàn  đúng  về  mặt  ngữ  pháp  và  ngữ  nghĩa.  Đề  khắc  phục  tình  trạng  này, 
người  ta  phải  sử  dụng  một  số  phương  pháp  “làm  mịn”  kết  quả  thống  kê 
mà chúng ta sẽ đề cập ở phần 1.4
1.3.2. Kích thước bộ nhớ của mô hình ngôn ngữ:
Khi kích thước tập văn bản huấn luyện lớn, số lượng các cụm N-gram và 
kích  thước  của  mô  hình  ngôn  ngữ  cũng  rất  lớn.  Nó  không  những  gây  khó 
khăn trong việc lưu trữ mà còn làm tốc độ xử lý của mô hình ngôn ngữ giảm 
xuống do  bộ nhớ của  máy  tính là hạn chế. Để  xây dựng  mô  hình  ngôn ngữ 
hiệu quả, chúng ta phải giảm kích thước của mô hình ngôn ngữ mà vẫn đảm 
bảo độ chính xác. Vấn đề này sẽ được giải quyết ở phần 1.5 
1.4. Các phương pháp làm mịn:
Để khắc phục tình trạng các cụm N-gram phân bố không đều người ta đã 
đưa ra các phương pháp“làm mịn” các kết quả thống kê nhằm đánh giá chính 
xác  hơn  (mịn  hơn)  xác  suất  của  các  cụm  N-gram.  Các  phương  pháp  “làm 
mịn” đánh giá lại xác suất của các cụmN-gram bằng cách:   
●  Gán  cho  các  cụm  N-gram  có  xác  suất  0  (không  xuất  hiện  trong  tập 
huấn luyện) một giá trị khác 0.   


7

● Thay đổi lại giá trị xác suất của các cụm  N-gram có xác suất khác 0 
khác (có xuất hiện khi thống kê) thành một giá trị phù hợp (tổng xác suất của 
tất cả các khả năng N-gram khác nhau phải đảm bảo là không đổi, với giá trị 
là 100%). 
 Các  phương  pháp  làm  mịn  có  thể  được  chia  ra  thành  một  số  loại  như 
sau:  
● Chiết khấu (Discounting): Giảm (lượng nhỏ) xác suất của các cụm Ngram có xác suất lớn hơn 0 để bù cho các cụm N-gram không xuất hiện trong 
tập huấn luyện.  
● Truy hồi (Back-off): Tính toán xác suất các cụm N-gram không xuất 
hiện trong tập huấn luyện dựa vào các cụm N-gram thành phần có độ dài ngắn 
hơn và có xác suất lớn hơn 0. 
● Nội suy (Interpolation): Tính toán xác suất của tất cả các cụm N-gram 
dựa vào xác suất của các cụm N-gram ngắn hơn. 
1.4.1. Các thuật toán chiết khấu (discounting):
Nguyên lý của các thuật toán chiết khấu là giảm xác suất của các cụm Ngram có xác suất lớn hơn 0 đề bù cho các cụm N-gram chưa từng xuất hiện 
trong tập huấn luyện. Các thuật toán này sẽ trực tiếp làm thay đổi tần số xuất 
hiện của tất cả các cụm N-gram. Ở đây đề cập đến 3 thuật toán chiết khấu phổ 
biến: 
●Thuật toán Add-One 
●Thuật toán Witten-Bell 
●Thuật toán Good-Turing 
1.4.1.1. Phương pháp làm mịn Add-One:
Phương  pháp  này  sẽ  cộng  thêm  vào  số  lần  xuất  hiện  của  mỗi  cụm  Ngram lên 1, khi đó xác suất của cụm N-gram sẽ được tính lại là:  


8

p

c 1
  (1.4.1) 
nv

Trong đó,   là của số lần xuất hiện cụm N-gram trong tập ngữ liệu mẫu, 
 là số cụm N-gram,   là kích thước của toàn bộ từ vựng. (Ở đây,   c  n  vì 
thế sau khi thêm 1 vào tần suất xuất hiện mỗi cụm N-gram, tổng này trở thành 

 (c  1)  n  v ,  do  đó  ta  cập  nhật  lại  công  thức  tính  xác  suất  của  cụm  Ngram như trên) 
Với Unigram, ta có thể viết lại (1.4) như sau: 

p
Ta có ,  f (1)  (c (1)  1)

c (1)  1
 (1)
 
n v

(1)

n(1)
là tần suất của unigram, c(1) là số lần xuất 
(1)
n v

hiện của Unigram trước khi làm mịn bằng phương pháp Add-one. 
 Vớicụm N-gram w=w1w2...wi, i>1, ta có , 

 C (w w ...w
1

i 1

2

w)  C ( w1w2 ...wi 1 )  

w

Do đó: 
P( wi | w1w2 ...wi1 ) 

C ( w1w2 ...wi )  1
(1.4.2)
C ( w1w2 ...wi 1 )  V

Để ý rằng, có rất nhiều cụm N-gram không nhìn thấy (bậc thấp) so với 
những N-gram nhìn thấy (bậc cao). Trong khi đó, có những cụm N-gram có 
nghĩa (cần thiết) bị giảm đi còn những cụm N-gram tối nghĩa lại có xác suất 
tăng lên. Để hạn chế điều này, người ta đưa thêm hệ số   thay vì cộng 1 nhằm 
cân đối lại xác suất (Phương pháp làm mịn Add- ).  
p

c
(1.4.3) 
n  v


9

1
Trong  đó,  <1.  Đặc  biệt,  khi  = ,  được  gọi  là  phương  pháp  Jeffreys  – 
2
Perks. 
 Đặt  = 

, khi đó (1.4.2) có thể viết lại thành:  
1
C ( w1w2 ...wi )  M ( )
V  
P ( wi | w1w2 ...wi 1 ) 
C ( w1w2 ...wi 1 )  M

Dễ  thấy  với  một  Unigram,  tỷ  số

1
  chính  là  xác  suất  xảy  ra  của  mỗi 
V

unigram Hay 
P ( wi | wi 1 ) 

C ( wi 1wi )  MP( wi )
 
C ( wi1 )  M

1.4.1.2. Phương pháp làm mịn Witten - Bell:
Thuật toán Witten-Bell hoạt động dựa trên nguyên tắc:  
Khi gặp những cụm N-gram có tần số 0, ta coi đây là lần đầu tiên cụm từ 
này xuất hiện. Như vậy, xác suất của cụm N-gram có tần số bằng 0 có thể tính 
dựa vào xác suất gặp một cụm N-gram lần đầu tiên. 
Với Uni-gram, gọi T là số cụm Uni-gram khác nhau đã xuất hiện, còn M 
là tổng số các cụm Uni-gram đã thống kê, khi đó tổng số sự kiện sẽ là (T+M), 
và xác suất để gặp cụm Uni-gram lần đầu tiên (hay tổng xác suất của các cụm 
T
Uni-gram chưa xuất hiện lần nào) được tính bằng: 
 
T+M
Gọi  V  là kích  thước bộ  từ vựng,  còn  Z  là  số  cụm  Uni-gram  chưa  xuất 
hiện lần nào: Z = V - T 
Xác suất xuất hiện của một cụm Uni-gram chưa xuất hiện lần nào (có tần 
số bằng 0) được tính bằng: 
T
P* = 
 
Z(T+M)


10

Và xác suất xuất hiện của các cụm Uni-gram có tần số khác 0 được tính 
lại theo công thức: 
P(w) =   

c(w)
 với c(w) là số lần xuất hiện của cụm w 
T+M

Cũng giống thuật toán Add-One, khi xét các cụm N-gram với N>1, thay 
M bằng C(wi-n+1...wi-1) thì xác suất của cụm wi-n+1...wi-1wi với C(wi-n+1...wi-1wi) 
= 0 được tính theo công thức sau: 
T(wi-n+1...wi-1)
P(wi|wi-n+1...wi-1)=  
 
Z(wi-n+1...wi-1)(C(wi-n+1...wi-1) + T(wi-n+1...wi-1))
Với C(wi-n+1...wi-1wi) > 0, thì xác suất cụm wi-n+1...wi-1wi tính bằng công 
thức: 
C(wi-n+1...wi-1wi)
P(wi|wi-n+1...wi-1)  = 
 
C(wi-n+1...wi-1) + T(wi-n+1...wi-1)
1.4.1.3. Phương pháp làm mịn Good - Turing:
Thuật toán Good-Turing dựa trên việc tính toán Nc, với Nc là số cụm Ngram xuất hiện c lần. Như vậy: 
N0 là số cụm N-gram có tần số 0 (số cụm N-gram không xuất hiện lần 
nào) 
N1 là số cụm N-gram có tần số 1 (số cụm N-gram xuất hiện 1 lần)  
…  
Nc có thể hiểu đơn giản là: Nc =  

 
w : count ( w)  c

 

Khi đó, thuật toán Good-Turing sẽ thay thế tần số c bằng một tần số mới 
c* theo công thức:  
N
c* = (c+1) *  c+1 
Nc
Xác  suất  của  một  cụm  N-gram  với  tần  số  là  c  được  tính  lại  theo  công 
thức: 


11

c = 

 

 

c = 

c = 

c*
P(w) =   với N =     Ncc =     Ncc* =     Nc+1(c+1) 
N
c = 0
c = 0
c = 0

Trên thực tế, người ta không tính toán và thay thế mọi tần số c bởi một 
tần số mới c*. Người ta chọn một ngưỡng k nhất định, và chỉ thay thế tần số c 
bởi  tần  số  mới  c*  khi  c  nhỏ  hơn  hoặc  bằng  k,  còn  nếu  c  lớn  hơn  k  thì  giữ 
nguyên  tần  số.  Để  đơn  giản,  người  ta  chọn  k  đủ  lớn  dựa  vào  kết  quả  huấn 
luyện (ví dụ giá trị lớn nhất) 
1.4.2. Phương pháp truy hồi:
Trong  các  phương  pháp  chiết  khấu  như Add-One  hay  Witten-Bell,  nếu 
cụm wi-n+1...wi-1wi không xuất hiện trong tập huấn luyện, và cụm  wi-n+1...wi-1 
cũng không xuất hiện, thì xác suất của cụm wi-n+1...wi-1wi sau khi làm mịn vẫn 
bằng 0. Phương pháp truy hồi tránh rắc rối trên bằng cách ước lượng xác suất 
các  cụm  N-gram  chưa  xuất  hiện  lần  nào  dựa  vào  xác  suất  của  các  cụm  Ngram ngắn hơn có xác suất khác 0. 
Cụ thể, xác suất của cụm wi-n+1...wi-1wi được tính lại theo công thức sau: 
P(wi|wi-n+1...wi-1)         nếu C(wi-n+1...wi-1wi) > 0 
PB(wi|wi-n+1...wi-1) = 
 
 * PB(wi|wi-n+2...wi-1) nếu C(wi-n+1...wi-1wi) = 0

Áp dụng cho Bi-gram, ta có: 
P(wi|wi-1) nếu C(wi-1wi) > 0 
PB(wi|wi-1) = 
 
 * P(wi) nếu C(wi-1wi) = 0

Công thức trên có thể viết lại thành: 
 PB(wi|wi-1)  =  P(wi|wi-1)  +  (wi-1wi)  *    *  P(wi)  với  u(x)  = 
1 nếu C(x) = 0 

 
0 nếu C(x) > 0

Tương tự, khi áp dụng cho Tri-gram ta có: 

P(wi|wi-2wi-1)   nếu C(wi-2wi-1wi ) > 0 
PB(wi|wi-2wi-1) = 1 * P(wi|wi-1) nếu C(wi-2wi-1wi ) = 0 và C(wi-1wi ) > 0  
2 * P(wi)        nếu C(wi-2wi-1wi ) = 0 và C(wi-1wi ) = 0


12

Công thức trên cũng có thể viết lại thành: 
 

PB(wi|wi-2wi-1)=P(wi|wi-2wi-1)  +  (wi-2wi-1wi)*1*P(wi|wi-1)  +  (wi-1wi)*                         

2 * P(wi) 
Sự chính xác của mô hình truy hồi phụ thuộc vào các tham số 1 và 2 
Có vài kỹ thuật giúp lựa chọn được những tham số này, tùy theo tập huấn 
luyện và mô hình ngôn ngữ. 
Một cách đơn giản, có thể chọn 1 và 2 là các hằng số. Tuy nhiên rất 
khó có thể chọn được hai hằng số để tổng xác suất của tất cả các cụm Ngram  không  thay  đổi.  Việc  chọn  hằng  số  không  chính  xác,  sẽ  làm  ảnh 
hưởng  lớn  đến  độ  chính  xác  của  cả  mô  hình  ngôn  ngữ.  Do  đó,  ta  có  thể 
chọn tham số  như một hàm của N-gram: 
1 = 1(wi-1wi) và 2 = 2(wi-1wi) 
Tuy  nhiên,  trong  phương  pháp  truy  hồi,  tổng  xác  suất  của  tất  cả  các 
cụm  N-gram  sẽ luôn  lớn  hơn 1, do  xác suất  của  các  cụm  N-gram  đã  xuất 
hiện thì không thay đổi, trong khi xác suất của các cụm N-gram chưa xuất 
hiện thì được tăng lên. Do  đó, để thuật toán chính  xác hơn, thì  ta cần kết 
hợp nó với một thuật toán chiết khấu như Witten-Bell hay Good-Turing để 
làm giảm xác suất của các cụm N-gram đã xuất hiện. Do đó, trong thực tế, 
chúng ta có công thức sau: 
 

P’(wi|wi-2wi-1)   nếu C(wi-2wi-1wi) > 0 
P(wi|wi-2wi-1) = 1 * P’(wi|wi-1) nếu C(wi-2wi-1wi) = 0 và C(wi-1wi) > 0  
2 * P’(wi)        nếu C(wi-2wi-1wi) = 0 và C(wi-1wi) = 0
Trong  đó P’  chính là xác suất  của  cụm N-gram khi  áp dụng thuật toán 

làm mịn chiết khấu.  
1.4.3. Phương pháp nội suy:
Phương  pháp  này  có  chung  nguyên  lý  với  phương  pháp  truy  hồi:  “sử 
dụng các cụm N-gram ngắn hơn để tính xác suất của cụm N-gram dài hơn”. 


13

Tuy  nhiên,  phương  pháp  này  khác  phương  pháp  truy  hồi  ở  điểm:  phương 
pháp này không phụ thuộc vào sự xuất hiện của các cụm N-gram. 
Công thức tính xác suất theo phương pháp nội suy như sau: 
PI(wi|wi-n+1...wi-1) = P(wi|wi-n+1...wi-1) + (1-)PI(wi|wi-n+2...wi-1) 
Áp dụng cho Bi-gram và Tri-gram ta có: 
PI(wi|wi-1) = P(wi|wi-1) + (1-)P(wi) 
 
PI(wi|wi-n+1...wi-1) = 1P(wi|wi-2wi-1)+2P(wi|wi-1) + 3P(wi) với i = 
i


Ở  công thức  trên, do tổng của tất  cả các tham số  bằng 1 nên để đơn 
1
giản ta có thể chọn tất cả  bằng nhau và bằng . 
3
Tuy nhiên, cũng có thể chọn các tham số  như là một hàm của N-gram: 
1 = 1(wi-2wi-1wi), 2 = 2(wi-1wi) và 3 = 3(wi)                               
1.4.4. Phương pháp làm mịn Kneser - Ney:
Thuật toán Kneser-Ney xây dựng theo hai mô hình: truy hồi và nội suy, 
tuy  nhiên  trong  thuật  toán  này  không  cần  phải  áp  dụng  các  thuật  toán  chiết 
khấu trước khi áp dụng công thức truy hồi. 
a) Môhìnhtruyhồi:

C(wi-n+1...wi) - D                             nếu C(wi-n+1...wi) > 0 
PBKN(wi|wi-n+1..wi-1)=  C(wi-n+1...wi-1)
 
(wi-n+1...wi-1)PBKN(wi|wi-n+2...wi-1) nếu C(wi-n+1...wi) = 0
Trong đó: 
o PBKN(wi)  =   

N(vwi) - D
  với  N(vw)  là  số  lượng  từ  v  khác  nhau  xuất 
 
 N(vw)
w

hiện trước w trong tập huấn luyện 


14

 

 C(wi-n+1..wi-1w) - D
w:C(wi-n+1..wi-1w)>0
1 -  
C(wi-n+1..wi-1)
o (wi-n+1..wi-1) =   
 
 
1 - 

 PBKN(w|wi-n+2..wi-1)
w:C(wi-n+1..wi-1w>0)

Như vậy: 

C(wi-2wi-1wi) - D            nếu C(wi-2wi-1wi) > 0 
PBKN(wi|wi-2wi-1) =  C(wi-2wi-1)
 
(wi-2wi-1)PBKN(wi|wi-1) nếu C(wi-2wi-1wi) = 0
C(wi-1wi) - D     nếu C(wi-1wi) > 0 
PBKN(wi|wi-1)  =    C(wi-1)
 
(wi-1)PBKN(wi) nếu C(wi-1wi) = 0
PBKN(wi) =  

N(vwi) - D
 
 
N(vw)
w

b) Mô hình nội suy:
PIKN(wi|wi-n+1..wi-1) =   

C(wi-n+1..wi) - D
 + (wi-n+1..wi-1)PIKN(wi|wi-n+2..wi-1)  
C(wi-n+1..wi-1)

Trong đó:                               
o (wi-n+1..wi-1) =   

D N(wi-n+1..wi-1v)
 với N(wi-n+1..wi-1v) là số lượng từ v 
C(wi-n+1..wi-1)

khác nhau xuất hiện liền sau cụm wi-n+1..wi trong tập huấn luyện             
o PIKN(wi)  =     

N(vwi) - D
1
+     với  N(vw)  là  số  lượng  từ  v  khác  nhau 
 
V
 N(vw)
w

xuất hiện liền trước từ w trong tập huấn luyện. 
D N(v)
o  =   
 
 
 N(vw)
w

Như vậy: 


15

C(wi-2wi-1wi) - D
  PIKN(wi|wi-2wi-1) =   
 + (wi-2wi-1)PIKN(wi|wi-1) 
C(wi-2wi-1)
C(wi-1wi) - D
  PIKN(wi|wi-1) =   
 + (wi-1)PIKN(wi) 
C(wi-1)
N(vwi) - D
1
  PIKN(wi) =  
+  
 
V
 N(vw)
w

N1
Trong cả 2 mô hình nội suy và truy hồi, D được chọn: D = 
 
N1 + 2N2
1.4.5. Phương pháp làm mịn Chen - GoodMan:
Công  thức  tính  toán  của  thuật  toán  Kneser-Ney  cải  tiến  bởi  Chen  và 
GoodMan giống công thức của thuật toán Kneser-Ney, tuy nhiên hằng số D 
bị thay đổi.  
Chen và GoodMan chọn D như sau: 

0 nếu c(wi-n+1..wi) = 0 
D1 nếu c(wi-n+1.. wi) = 1 
D =   D  nếu c(w .. w ) = 2   
i-n+1
i
 2
D3 nếu c(wi-n+1.. wi) >= 3
N1
Với Y = 
 
(N1 + 2N2)
N
D1 = 1 - 2Y  2 
N1
N
D2 = 1 - 3Y  3 
N2
N
D3 = 1 - 4Y  4 
N3
Trong đó: Ni là số lượng cụm N-gram có số lần xuất hiện bằng i 
Chú  ý  rằng:  với  mỗi  bậc  của  N-gram  ta  lại  có  một  bộ  3  hằng  số  trên. 
Điều đó có nghĩa là: Uni-gram, Bi-gram, ... có các hằng số trên là khác nhau.   
1.5. Kỹ thuật làm giảm kích thước dữ liệu:


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×