23 Mar

梯度下降和EM算法:系出同源,一脉相承

PS:本文就是梳理了梯度下降与EM算法的关系,通过同一种思路,推导了普通的梯度下降法、pLSA中的EM算法、K-Means中的EM算法,以此表明它们基本都是同一个东西的不同方面,所谓“横看成岭侧成峰,远近高低各不同”罢了。

在机器学习中,通常都会将我们所要求解的问题表示为一个带有未知参数的损失函数(Loss),如平均平方误差(MSE),然后想办法求解这个函数的最小值,来得到最佳的参数值,从而完成建模。因将函数乘以-1后,最大值也就变成了最小值,因此一律归为最小值来说。如何求函数的最小值,在机器学习领域里,一般会流传两个大的方向:1、梯度下降;2、EM算法,也就是最大期望算法,一般用于复杂的最大似然问题的求解。

在通常的教程中,会将这两个方法描述得迥然不同,就像两大体系在分庭抗礼那样,而EM算法更是被描述得玄乎其玄的感觉。但事实上,这两个方法,都是同一个思路的不同例子而已,所谓“本是同根生”,它们就是一脉相承的东西。

让我们,先从远古的牛顿法谈起。

牛顿迭代法

给定一个复杂的非线性函数$f(x)$,希望求它的最小值,我们一般可以这样做,假定它足够光滑,那么它的最小值也就是它的极小值点,满足$f'(x_0)=0$,然后可以转化为求方程$f'(x)=0$的根了。非线性方程的根我们有个牛顿法,所以
$$x_{n+1} = x_{n} - \frac{f'(x_n)}{f''(x_n)}$$

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14 Mar

泰迪杯赛前培训之数据挖掘与建模“慢谈”

泰迪杯赛前培训.png应广州泰迪科技公司之邀,给泰迪杯数据挖掘竞赛录制了赛前培训视频,内容基本上是各种常见的数学模型及入门用法,以一种比较独特的思路,将朴素贝叶斯、HMM、逻辑回归、组合模型、神经网络、深度学习等等串了起来。视频讲解难度为入门级,当然,真的要融合贯通所有内容,恐怕要骨灰级。

不管怎么样,简单分享一下,欢迎大家留言讨论、建议甚至批评。

PPT下载:泰迪杯赛前培训ppt.zip
视频地址:http://moodle.tipdm.com/course/view.php?id=18

11 Mar

【中文分词系列】 8. 更好的新词发现算法

如果依次阅读该系列文章的读者,就会发现这个系列共提供了两种从0到1的无监督分词方案,第一种就是《【中文分词系列】 2. 基于切分的新词发现》,利用相邻字凝固度(互信息)来做构建词库(有了词库,就可以用词典法分词);另外一种是《【中文分词系列】 5. 基于语言模型的无监督分词》,后者基本上可以说是提供了一种完整的独立于其它文献的无监督分词方法。

但总的来看,总感觉前面一种很快很爽,却又显得粗糙;后面一种很好很强大,却又显得太过复杂(viterbi是瓶颈之一)。有没有可能在两者之间折中一下?这就导致了本文的结果,达到了速度与效果的平衡。至于为什么说“更好”?因为笔者研究词库构建也有一段时间了,以往构建的词库总不能让人(让自己)满意,生成的词库一眼看上去,都能够扫到不少不合理的地方,真的要用得需要经过较多的人工筛选。而这一次,一次性生成的词库,一眼扫过去,不合理的地方少了很多,如果不细看,可能就发现不了了。

分词的目的

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6 Mar

【中文分词系列】 7. 深度学习分词?只需一个词典!

这个系列慢慢写到第7篇,基本上也把分词的各种模型理清楚了,除了一些细微的调整(比如最后的分类器换成CRF)外,剩下的就看怎么玩了。基本上来说,要速度,就用基于词典的分词,要较好地解决组合歧义何和新词识别,则用复杂模型,比如之前介绍的LSTM、FCN都可以。但问题是,用深度学习训练分词器,需要标注语料,这费时费力,仅有的公开的几个标注语料,又不可能赶得上时效,比如,几乎没有哪几个公开的分词系统能够正确切分出“扫描二维码,关注微信号”来。

本文就是做了这样的一个实验,仅用一个词典,就完成了一个深度学习分词器的训练,居然效果还不错!这种方案可以称得上是半监督的,甚至是无监督的。

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23 Feb

SVD分解(三):连Word2Vec都只不过是个SVD?

这篇文章要带来一个“重磅”消息,如标题所示,居然连大名鼎鼎的深度学习词向量工具Word2Vec都只不过是个SVD!

当然,Word2Vec的超级忠实粉丝们,你们也不用太激动,这里只是说模型结构上是等价的,并非完全等价,Word2Vec还是有它的独特之处。只不过,经过我这样解释之后,估计很多问题就可以类似想通了。

词向量=one hot

让我们先来回顾一下去年的一篇文章《词向量与Embedding究竟是怎么回事?》,这篇文章主要说的是:所谓Embedding层,就是一个one hot的全连接层罢了(再次强调,这里说的完全等价,而不是“相当于”),而词向量,就是这个全连接层的参数;至于Word2Vec,就通过大大简化的语言模型来训练Embedding层,从而得到词向量(它的优化技巧有很多,但模型结构就只是这么简单);词向量能够减少过拟合风险,是因为用Word2Vec之类的工具、通过大规模语料来无监督地预训练了这个Embedding层,而跟one hot还是Embedding还是词向量本身没啥关系。

有了这个观点后,马上可以解释我们以前的一个做法为什么可行了。在做情感分类问题时,如果有了词向量,想要得到句向量,最简单的一个方案就是直接对句子中的词语的词向量求和或者求平均,这约能达到85%的准确率。事实上这也是facebook出品的文本分类工具FastText的做法了(FastText还多引入了ngram特征,来缓解词序问题,但总的来说,依旧是把特征向量求平均来得到句向量)。为什么这么一个看上去毫不直观的、简单粗暴的方案也能达到这么不错的准确率?

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19 Feb

Python的多进程编程技巧

过程

在Python中,如果要多进程运算,一般是通过multiprocessing来实现的,常用的是multiprocessing中的进程池,比如:

from multiprocessing import Pool
import time

def f(x):
    time.sleep(1)
    return x+1

a = range(10)
pool = Pool(4)
b = pool.map(f, a)
pool.close()
pool.join()

print b

这样写简明清晰,确实方便,有趣的是,只需要将multiprocessing换成multiprocessing.dummy,就可以将程序从多进程改为多线程了。

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26 Jan

SVD分解(二):为什么SVD意味着聚类?

提前祝各位读者新年快乐,2017行好运~

这篇文章主要想回答两个“为什么”的问题:1、为啥我就对SVD感兴趣了?;2、为啥我说SVD是一个聚类过程?回答的内容纯粹个人思辨结果,暂无参考文献。

为什么要研究SVD?

从2015年接触深度学习到现在,已经研究了快两年的深度学习了,现在深度学习、数据科学等概念也遍地开花。为什么在深度学习火起来的时候,我反而要回去研究“古老”的SVD分解呢?我觉得,SVD作为一个矩阵分解算法,它的价值不仅仅体现在它广泛的应用,它背后还有更加深刻的内涵,即它的可解释性。在深度学习流行的今天,不少人还是觉得深度学习(神经网络)就是一个有效的“黑箱”模型。但是,仅用“黑箱”二字来解释深度学习的有效性显然不能让人满意。前面已经说过,SVD分解本质上与不带激活函数的三层自编码机等价,理解SVD分解,能够为神经网络模型寻求一个合理的概率解释。

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15 Jan

SVD分解(一):自编码器与人工智能

咋看上去,SVD分解是比较传统的数据挖掘手段,自编码器是深度学习中一个比较“先进”的概念,应该没啥交集才对。而本文则要说,如果不考虑激活函数,那么两者将是等价的。进一步的思考就可以发现,不管是SVD还是自编码器,我们降维,并不是纯粹地为了减少储存量或者减少计算量,而是“智能”的初步体现

等价性

假设有一个$m$行$n$列的庞大矩阵$M_{m\times n}$,这可能使得计算甚至存储上都成问题,于是考虑一个分解,希望找到矩阵$A_{m\times k}$和$B_{k\times n}$,使得
$$M_{m\times n}=A_{m\times k}\times B_{k\times n}$$
这里的乘法是矩阵乘法。如图
SVD.png

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