句子向量 / 句子嵌入 (Sentence Embedding)

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「句子向量 (Sentence Embedding)」或「句子嵌入」是自然語言處理 (NLP) 中將整個句子表示為一個稠密的低維向量的技術。它旨在捕捉句子的整體語義信息,使得語義上相似的句子在向量空間中也更接近。

你可以將句子向量想像成將一個完整的句子壓縮成一個數字列表,這個列表能夠代表句子的含義。

句子向量與詞向量的區別:

  • 詞向量 (Word Embeddings): 將單個詞語表示為向量,捕捉詞語的語義和上下文信息。
  • 句子向量 (Sentence Embeddings): 將整個句子表示為向量,旨在捕捉句子的整體含義、語氣和上下文。

為什麼需要句子向量?

在許多 NLP 任務中,我們需要比較句子之間的語義相似性、對句子進行分類或聚類,或者將句子作為其他模型的輸入。單純使用詞向量可能無法很好地表示句子的整體含義,因此需要句子向量。

生成句子向量的常見方法:

  1. 基於詞向量的聚合 (Aggregation of Word Embeddings):
    • 平均詞向量 (Averaging Word Embeddings): 將句子中所有詞語的詞向量(例如 Word2Vec、GloVe、FastText 生成的詞向量)取平均值,得到句子的向量表示。這種方法簡單快速,但忽略了詞語的順序和句子結構。 加權平均詞向量 (Weighted Averaging Word Embeddings): 可以根據詞語的重要性(例如,使用 TF-IDF 權重)對詞向量進行加權平均。
  2. 基於循環神經網路 (RNN) 的方法:
    • 使用 RNN(例如 LSTM 或 GRU)處理句子中的詞語序列。可以將 RNN 最後一個時間步的隱藏狀態作為句子的向量表示。雙向 RNN 可以捕捉到句子中更全面的上下文信息。
  3. 基於卷積神經網路 (CNN) 的方法:
    • 使用 CNN 對句子進行卷積操作,提取句子中的關鍵短語和模式,並將提取到的特徵組合成句子的向量表示。
  4. 基於 Transformer 的方法:
    • 使用預訓練模型的輸出: 許多預訓練的 Transformer 模型(例如 BERT、RoBERTa、XLNet)可以生成高質量的上下文詞向量。可以將句子輸入到這些模型中,並使用模型輸出的某一層(例如 CLS token 的表示或所有詞向量的平均值)作為句子的向量表示。 專門的句子嵌入模型: 有一些模型被專門設計用於生成句子嵌入,例如: Sentence-BERT (SBERT): 通過在預訓練的 BERT 模型上進行微調,SBERT 可以生成在語義相似度計算等任務上表現優異的句子嵌入。它使用了不同的池化策略和損失函數來優化句子表示。 Universal Sentence Encoder (USE): 由 Google 開發,USE 模型旨在生成通用的句子嵌入,適用於多種 NLP 任務。有多種不同架構的 USE 模型,包括基於 Transformer 和基於 DAN (Deep Averaging Network) 的模型。 SimCSE (Simple Contrastive Learning of Sentence Embeddings): 一種基於對比學習的簡單有效的方法,可以在無監督或有監督的情況下生成高質量的句子嵌入。

句子向量的應用:

句子向量在許多 NLP 任務中都有廣泛的應用:

  • 語義相似度計算 (Semantic Similarity Calculation): 計算兩個句子向量之間的距離(例如餘弦相似度)來衡量它們的語義相似度。
  • 文本分類 (Text Classification): 將句子向量作為分類模型的輸入,用於句子情感分析、意圖識別等任務。
  • 文本聚類 (Text Clustering): 將語義上相似的句子聚到一起。
  • 信息檢索 (Information Retrieval): 將用戶的查詢和文檔都表示為句子向量,然後根據向量的相似度檢索相關文檔。
  • 文本匹配 (Textual Matching): 判斷兩個句子是否具有相同的含義,例如在問答系統中匹配問題和答案。

總之,句子向量是將句子的語義信息編碼成一個數值向量的強大工具。通過使用不同的方法生成句子向量,我們可以有效地在向量空間中比較和操作句子,為各種 NLP 應用提供支持。

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郝信華 iPAS AI應用規劃師 學習筆記
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現職 : 富邦建設資訊副理 證照:經濟部 iPAS AI應用規劃師
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