Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)

Материал из MachineLearning.

(Различия между версиями)
Перейти к: навигация, поиск
(Часть 2)
Текущая версия (17:36, 14 сентября 2025) (править) (отменить)
(→Оценивание качества тематических моделей)
 
(314 промежуточных версий не показаны.)
Строка 1: Строка 1:
{{TOCright}}
{{TOCright}}
-
Спецкурс читается студентам 2—5 курсов на кафедре «[[Математические методы прогнозирования (кафедра ВМиК МГУ)|Математические методы прогнозирования]]» [[ВМиК]] [[МГУ]] с 2013 года.
+
Спецкурс читается студентам 2—5 курсов на кафедре «[[Математические методы прогнозирования (кафедра ВМиК МГУ)|Математические методы прогнозирования]]» [[ВМиК]] [[МГУ]] с 2013 года и студентам 6 курса на кафедре «[[Интеллектуальные системы (кафедра МФТИ)|Интеллектуальные системы]]» [[ФУПМ]] [[МФТИ]] с 2019 года.
-
От студентов требуются знания курсов линейной алгебры, математического анализа, теории вероятностей. Знание математической статистики, методов оптимизации и какого-либо языка программирования желательно, но не обязательно.
+
В спецкурсе изучается вероятностное [[тематическое моделирование]] (topic modeling) коллекций текстовых документов. Тематическая модель определяет, какие темы содержатся в большой текстовой коллекции, и к каким темам относится каждый документ. Тематические модели позволяют искать тексты по смыслу, а не по ключевым словам, и создавать информационно-поисковые системы нового поколения, основанные на парадигме семантического разведочного поиска (exploratory search). Рассматриваются тематические модели для классификации, категоризации, сегментации, суммаризации текстов естественного языка, а также для рекомендательных систем, анализа банковских транзакционных данных, анализа биомедицинских сигналов. В спецкурсе развивается многокритериальный подход к построению моделей с заданными свойствами — [[аддитивная регуляризация тематических моделей]] (АРТМ). Он основан на регуляризации некорректно поставленных задач стохастического матричного разложения. Особое внимание уделяется методам лингвистической регуляризации для моделирования связности текста. Предполагается проведение студентами численных экспериментов на модельных и реальных данных с помощью библиотеки тематического моделирования [[BigARTM]].
-
Условием сдачи спецкурса является выполнение обязательных практических заданий.
+
От студентов требуются знания курсов линейной алгебры, математического анализа, теории вероятностей. Знание математической статистики, методов оптимизации, машинного обучения, языков программирования Python и С++ желательно, но не обязательно.
-
= Программа курса =
+
Краткая ссылка на эту страницу: [http://bit.ly/2EGWcjA bit.ly/2EGWcjA].
-
== Часть 1 ==
+
'''Основной материал:'''
 +
* ''Воронцов К. В.'' [[Media:voron17survey-artm.pdf|Вероятностное тематическое моделирование: теория регуляризации ARTM и библиотека с открытым кодом BigARTM]]. {{важно|— обновление 29.12.2024}}.
 +
* [https://www.youtube.com/playlist?list=PLk4h7dmY2eYE_JjvexGUS5MSozoxDFovp Видеозаписи, 2023 осень (МФТИ)].
-
=== Задачи анализа текстов. Вероятностные модели коллекций текстов ===
+
= Программа курса =
-
'''Задачи классификации текстов.'''
+
== Задача тематического моделирования ==
-
* Коллекция текстовых документов. Векторное представление документа.
+
Презентация: [[Media:Voron25ptm-intro.pdf|(PDF, 1,7 МБ)]] {{важно|— обновление 11.09.2025}}.
-
* Постановка задачи классификации текстов. Объекты, признаки, классы, обучающая выборка. Распознавание текстов заданной тематики. Анализ тональности. Частоты слов (терминов) как признаки. Линейный классификатор.
+
[https://youtu.be/DU0AQUNW3YI?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись]
-
* Задача распознавание жанра текстов. Распознавание научных текстов. Примеры признаков.
+
-
* Задача категоризации текстов, сведение к последовательности задач классификации.
+
-
'''Задачи предварительной обработки текстов.'''
+
'''Цели и задачи тематического моделирования.'''
-
* Очистка: удаление номеров страниц, переносов, опечаток, нетекстовой информация, оглавлений, таблиц, рисунков.
+
* Понятие «темы», цели и задачи [[тематическое моделирование|тематического моделирования]].
-
* Лемматизация и стемминг.
+
* Вероятностная модель порождения текста.
-
* Удаление стоп-слов. Удаление редких слов.
+
* [[EM-алгоритм]] и его элементарная интерпретация. Формула Байеса и частотные оценки условных вероятностей.
 +
* [[Метод наибольшего правдоподобия|Принцип максимума правдоподобия]].
-
'''Задачи информационного поиска.'''
+
'''Аддитивная регуляризация тематических моделей.'''
-
* Задача поиска документов по запросу. Инвертированный индекс. Косинусная мера сходства.
+
* Понятие некорректно поставленной задачи по Адамару. Регуляризация.
-
* Критерий текстовой релевантности TF-IDF. Вероятностная модель и вывод формулы TF-IDF.
+
* Лемма о максимизации на единичных симплексах. [[Условия Каруша–Куна–Таккера]].
-
* Задача ранжирования. Примеры признаков. Формирование асессорских обучающих выборок.
+
* Теорема о необходимом условии максимума регуляризованного правдоподобия для ARTM.
 +
* Классические тематические модели [[Вероятностный латентный семантический анализ|PLSA]] и [[Латентное размещение Дирихле|LDA]] как частные случаи ARTM.
-
'''Униграммная модель документов и коллекции.'''
+
'''Практика тематического моделирования.'''
-
* Вероятностное пространство. Гипотезы «мешка слов» и «мешка документов». Текст как простая выборка, порождаемая вероятностным распределением. Векторное представление документа как эмпирическое распределение.
+
* Проект с открытым кодом BigARTM.
-
* Понятие параметрической порождающей модели. Принцип максимума правдоподобия.
+
* Этапы решения практических задач.
-
* Униграммная модель документов и коллекции. Аналитическое решение задачи о стационарной точке функции Лагранжа. Частотные оценки условных вероятностей.
+
* Методы предварительной обработки текста.
 +
* Датасеты и практические задания по курсу.
-
'''Литература:''' [Маннинг, 2011].
+
== Моделирование локального контекста ==
 +
Презентация: [[Media:Voron25ptm-local.pdf|(PDF, 3,2 МБ)]] {{важно|— обновление 14.09.2025}}.
 +
[https://youtu.be/Xe36kQPlbHY?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись]
-
=== Вероятностный латентный семантический анализ ===
+
'''Онлайновый ЕМ-алгоритм.'''
-
* ''Напоминания.'' Коллекция текстовых документов. Векторное представление документа. Задачи информационного поиска и классификации текстов.
+
* Рациональный ЕМ-алгоритм (встраивание Е-шага внутрь М-шага).
 +
* Онлайновый EM-алгоритм для ARTM.
 +
* Пакетный онлайновый регуляризованный EM-алгоритм для ARTM.
-
'''Мотивации вероятностного тематического моделирования
+
'''Линейная тематизация текста.'''
-
* Идея перехода от вектора (терминов) к вектору тем.
+
* Линейная тематизация текста за один проход без матрицы <tex>\Theta</tex>.
-
* Цели тематического моделирования: поиск научной информации, агрегирование и анализ новостных потоков, формирование сжатых признаковых описаний документов для классификации и категоризации текстовых документов, обход проблем синонимии и омонимии.
+
* Локализация E-шага. Линейная тематизация. Коэффициенты внимания. Attentive ARTM.
 +
* Двунаправленная тематическая модель контекста.
 +
* Онлайновый EM-алгоритм с однопроходным локализованным E-шагом.
-
'''Задача тематического моделирования.'''
+
'''Аналогия с нейросетевыми моделями языка.'''
-
* Вероятностное пространство. Тема как латентная (скрытая) переменная. Представление темы дискретным распределением на множестве слов.
+
* Свёрточная нейросеть GCNN (Gated Convolutional Network)
-
* Модель смеси униграмм. Недостаток: каждый документ принадлежит только одной теме.
+
* Модель само-внимания (self-attention) Query-Key-Value.
-
* Представление документа дискретным распределением на множестве тем. Гипотеза условной независимости. Порождающая модель документа как вероятностной смеси тем.
+
* Трансформер и онлайновый EM-алгоритм с многопроходным локализованным E-шагом.
-
* Постановка обратной задачи восстановления параметров модели по данным.
+
* Нейросетевая тематическая модель Contextual-Top2Vec.
-
'''Вероятностный латентный семантический анализ (PLSA).'''
+
== Реализация ЕМ-алгоритма и комбинирование регуляризаторов ==
-
* Частотные оценки условных вероятностей терминов тем и тем документов. Формула Байеса для апостериорной вероятности темы. Элементарное обоснование ЕМ-алгоритма.
+
Презентация: [[Media:Voron25ptm-regular.pdf|(PDF,&nbsp;1,4&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 14.09.2025}}.
-
* Принцип максимума правдоподобия, аналитическое решение задачи о стационарной точке функции Лагранжа, формулы M-шага.
+
[https://youtu.be/mUMfoBlslQE?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись]
-
* Рациональный ЕМ-алгоритм (встраивание Е-шага внутрь М-шага).
+
-
'''Проведение экспериментов на модельных данных.'''
+
'''Часто используемые регуляризаторы.'''
-
* Процесс порождения терминов в документе. Генератор модельных (синтетических) данных. Генерация случайной величины из заданного дискретного распределения.
+
* Сглаживание и разреживание.
-
* Оценивание точности восстановления модельных данных. Расстояние между дискретными распределениями. Проблема перестановки тем, венгерский алгоритм.
+
* Частичное обучение.
-
* Проблема неединственности и неустойчивости матричного разложения. Экспериментальное оценивание устойчивости решения.
+
* Декоррелирование тем.
 +
* Разреживание для отбора тем.
-
'''Задание 1.1'''
+
'''Особенности реализации ЕМ-алгоритма для ARTM.'''
-
Обязательные пункты: 1–3 и любой из последующих.
+
* Улучшение сходимости несмещёнными оценками.
-
# Реализовать генератор модельных данных. Реализовать вычисление эмпирических распределений терминов тем и тем документов.
+
* Замена логарифма в функции потерь.
-
# Реализовать оценку точности восстановления с учётом перестановки тем. Вычислить оценку точности для исходных модельных распределений.
+
* Матричная запись ЕМ-алгоритма.
-
# Реализовать рациональный ЕМ-алгоритм.
+
* Подбор коэффициентов регуляризации. Траектория регуляризации.
-
# Исследовать зависимости точности модели и точности восстановления от числа итераций и от числа тем в модели (при фиксированном числе тем в исходных данных). Что происходит, когда тем больше, чем нужно? Меньше, чем нужно?
+
* Относительные коэффициенты регуляризации.
-
# Исследовать влияние случайного начального приближения на точность модели и точность восстановления. Построить для них эмпирические распределения и доверительные интервалы. Можно ли утверждать, что EM-алгоритм всегда сходится к одному и тому же решению?
+
* Библиотеки BigARTM и TopicNet.
-
# Исследовать, когда проблема неустойчивости возникает, когда не возникает.
+
-
'''Литература:''' [Hofmann, 1999].
+
'''Эксперименты с регуляризацией.'''
 +
* Производительность BigARTM
 +
* Оценивание качества: перплексия, когерентность, лексическое ядро
 +
* Регуляризаторы сглаживания, разреживания, декоррелирования и отбора тем.
 +
* Комбинирование регуляризаторов, эмпирические рекомендации.
 +
* Эксперименты с отбором тем на синтетических и реальных данных.
 +
* Сравнение с байесовской моделью HDP (Hierarchical Dirichlet Process).
 +
* Эффект отбрасывания малых, дублирующих и линейно зависимых тем.
-
===Модификации алгоритма обучения модели PLSA===
+
== Оценивание качества тематических моделей ==
 +
Презентация: [[Media:Voron24ptm-quality.pdf|(PDF,&nbsp;1,7&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 30.03.2025}}.
 +
[https://youtu.be/OoIetK1pTUA?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись]
-
* ''Напоминания.'' Задача тематического моделирования коллекции текстовых документов. Модель PLSA, формулы Е-шага и М-шага.
+
'''Измерение качества тематических моделей.'''
 +
* Правдоподобие и перплексия.
 +
* Интерпретируемость и когерентность. Внутритекстовая когерентность.
 +
* Разреженность и различность.
-
'''Обобщённый ЕМ-алгоритм (GEM).'''
+
'''Проверка гипотезы условной независимости.'''
-
* Проблема медленной сходимости EM-алгоритма на больших коллекциях. Проблема хранения трёхмерных матриц.
+
* Статистики на основе KL-дивергенции и их обобщения.
-
* Эвристика частых обновлений параметров.
+
* Регуляризатор семантической однородности.
-
* Эвристика замены средних экспоненциальным сглаживанием.
+
* Применение статистических тестов условной независимости.
-
'''Стохастический ЕМ-алгоритм (SEM).'''
+
'''Проблема тематической несбалансированности в данных'''
-
* Гипотеза разреженности апоcтериорного распределения тем p(t|d,w).
+
* Проблема малых тем и тем-дубликатов
-
* Эвристика замены апостериорного распределения его несмещённой оценкой.
+
* Тематическая несбалансированность как основная причина неинтерпретируемости тем
-
* Алгоритм сэмплирования Гиббса.
+
* Эксперименты с регуляризаторами отбора тем и декоррелирования
-
* Эксперименты по подбору оптимального числа сэмплирований.
+
* Регуляризатор семантической однородности
 +
* Подходы к балансировке тем
-
'''Онлайновый ЕМ-алгоритм (OEM).'''
+
== Тематический информационный поиск ==
-
* Проблема больших данных.
+
Презентация: [[Media:Voron24ptm-exp.pdf|(PDF,&nbsp;3,7&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 24.03.2025}}.
-
* Эвристика разделения М-шага.
+
[https://youtu.be/2SkbbDYcBUQ?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись]
-
* Эвристика разделения коллекции на пачки документов.
+
-
* Добавление новых документов (folding-in).
+
-
'''Способы формирования начальных приближений.'''
+
'''Мультимодальные тематические модели.'''
-
* Случайная инициализация.
+
* Примеры модальностей.
-
* Инициализация по документам.
+
* Мультимодальный ARTM и регуляризованный ЕМ-алгоритм.
-
'''Частичное обучение (Semi-supervised EM).'''
+
'''Иерархические тематические модели.'''
-
* Виды частично размеченных данных: привязка документа к темам, привязка термина к темам, нерелевантность, переранжирование списков терминов тем и тем документов, виртуальные документы.
+
* Иерархии тем. Послойное построение иерархии.
-
* Использование частично размеченных данных для инициализации.
+
* Регуляризаторы для разделения тем на подтемы.
-
* Использование частично размеченных данных в качестве поправок на М-шаге ЕМ-алгоритма.
+
* Псевдодокументы родительских тем.
 +
* Модальность родительских тем.
-
'''Задание 1.2'''
+
'''Эксперименты с тематическим поиском.'''
-
Обязательные пункты: 1 и любой из последующих.
+
* Методика измерения качества поиска.
-
# Реализовать онлайновый алгоритм OEM.
+
* Тематическая модель для документного поиска.
-
# Исследовать влияние размера первой пачки и последующих пачек на качество модели.
+
* Оптимизация гиперпараметров.
-
# Исследовать влияние выбора числа итераций на внутреннем и внешнем циклах алгоритма OEM на качество и скорость построения модели.
+
<!---
-
# Исследовать возможность улучшения качество модели с помощью второго прохода по коллекции (без инициализации p(w|t)).
+
'''Проект «Мастерская знаний»'''
-
# Исследовать влияние частичной разметки на точность модели и точность восстановления. Проверить гипотезу, что небольшой доли правильно размеченных документов уже достаточно для существенного улучшения точности и устойчивости модели.
+
* Поисково-рекомендательная система SciSearch.ru
 +
* Векторный поиск для формирования тематических подборок
 +
* Требования к тематическим моделям для научного информационного поиска--->
-
'''Литература:''' [Hoffman, 2010].
+
== BigARTM и базовые инструменты ==
 +
''Мурат Апишев''.
 +
Презентация: [[Media:Base_instruments.zip‎|(zip,&nbsp;0,6&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 17.02.2017}}.
 +
[https://youtu.be/AIN00vWOJGw Видеозапись]
-
===Разреживание и сглаживание===
+
'''Предварительная обработка текстов'''
 +
* Парсинг «сырых» данных.
 +
* Токенизация, стемминг и лемматизация.
 +
* Выделение энграмм.
 +
* Законы Ципфа и Хипса. Фильтрация словаря коллекции. Удаление стоп-слов.
-
'''Разреживание'''
+
'''Библиотека BigARTM'''
-
* Эмпирические законы Ципфа, Ципфа-Мандельброта, Хипса.
+
* Методологические рекоммендации по проведению экспериментов.
-
* Гипотеза разреженности распределений терминов тем и тем документов.
+
* Установка [[BigARTM]].
-
* Принудительное разреживание в ЕМ-алгоритме. Оценка значимости (salience) параметров, метод [[OBD|Optimal Brain Damage]].
+
* Формат и импорт входных данных.
-
* Выделение нетематических терминов.
+
* Обучение простой модели (без регуляризации): создание, инициализация, настройка и оценивание модели.
-
* Генерация реалистичных модельных данных.
+
* Инструмент визуализации тематических моделей VisARTM. Основные возможности, демонстрация работы.
-
* Связь разреженности и единственности неотрицательного матричного разложения.
+
-
'''Сглаживание'''
+
'''Дополнительный материал:'''
-
* Модель латентного размещения Дирихле LDA.
+
* Презентация: [[Media:VoronApishev17ptm5.pdf|(PDF,&nbsp;1,5&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 17.03.2017}}.
-
* Свойства распределения Дирихле, сопряжённость с мультиномиальным распределением.
+
* [https://www.youtube.com/watch?v=2LEQuLRxaIY&t=1s '''Видео'''] {{важно|— обновление 22.03.2017}}.
-
* Байесовский вывод. Сглаженные частотные оценки условных вероятностей.
+
* Воркшоп по BigARTM на DataFest'4. [https://www.youtube.com/watch?v=oQcHEm2-7PM '''Видео'''].
-
* Максимизация обоснованности модели. Численные методы оптимизации гиперпараметров.
+
-
* Сравнение LDA и PLSA. Экспериментальные факты: LDA скорее улучшает оценки редких слов, чем снижает переобучение.
+
-
* Дилемма разреживания и сглаживания.
+
-
'''Задание 1.3'''
+
== Проект «Мастерская знаний» ==
-
Обязательные пункты: 1 и любой из остальных.
+
Презентация: [[Media:Voron25ptm-kf.png|(PNG,&nbsp;8,1&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 3.03.2025}}.
-
# Реализовать разреживание в онлайновом алгоритме OEM.
+
-
# Исследовать зависимость точности модели и точности восстановления от степени разреженности исходных модельных данных.
+
-
# Исследовать влияние разреживания на точность модели и точность восстановления. Проверить гипотезу, что если исходные данные разрежены, то разреживание существенно улучшает точность восстановления и слабо влияет на точность модели.
+
-
# Исследовать влияние сглаживания на точность модели и точность восстановления.
+
-
'''Литература:''' [Blei, 2003].
+
'''Проект «Мастерская знаний»'''
 +
* Цели, задачи, концепция проекта. Тематические подборки научных текстов.
 +
* Модель векторизации текста для поиска и рекомендаций научных статей.
 +
* Основные сервисы «Мастерской знаний».
-
===Внутренние методы оценивания качества===
+
'''Место тематического моделирования в «Мастерской знаний»'''
 +
* Сервис тематизации подборки.
 +
* Сервисы выявления научных трендов и построения хронологических карт.
 +
* Вспомогательные функции в сервисе полуавтоматической суммаризации.
-
'''Реальные данные.'''
+
'''Карты знаний'''
-
* Текстовые коллекции, библиотеки алгоритмов, источники информации.
+
* Задачи иерархической суммаризации одной статьи, подборки статей.
-
* Внутренние и внешние критерии качества.
+
* Принципы построения интеллект-карт и карт знаний.
-
* Дополнительные данные для построения внешних критериев качества.
+
* Что такое «тема»? Отличия тематизации и картирования.
-
'''Перплексия и правдоподобие.'''
+
== Мультимодальные тематические модели ==
-
* Определение и интерпретация перплекcии.
+
Презентация: [[Media:Voron25ptm-modal.pdf|(PDF,&nbsp;2,8&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 7.04.2025}}.
-
* Перплексия контрольной коллекции. Проблема новых слов в контрольной коллекции.
+
[https://youtu.be/AfwH0A3NJCQ?list=PLk4h7dmY2eYE_JjvexGUS5MSozoxDFovp старая видеозапись]
-
'''Когерентность.'''
+
'''Мультиязычные тематические модели.'''
-
* Определение когерентности.
+
* Параллельные и сравнимые коллекции.
-
* Эксперименты, показывающие связь когерентности и интерпретируемости.
+
* Регуляризаторы для учёта двуязычных словарей.
-
* Способы оценивания совместной встречаемости слов.
+
* Кросс-язычный информационный поиск.
-
''' Оценивание качества темы.'''
+
'''Трёхматричные модели.'''
-
* Контрастность темы (число типичных документов темы, число типичных терминов темы).
+
* Модели трёхматричных разложений. Понятие порождающей модальности.
-
* Пиковость темы.
+
* Автор-тематическая модель (author-topic model).
-
* Однородность (радиус) темы.
+
* Модель для выделения поведений объектов в видеопотоке.
-
* Конфликтность темы (близость темы к другим темам).
+
-
'''Статистические тесты условной независимости.'''
+
'''Тематические модели транзакционных данных.'''
-
* Методология проверки статистических гипотез. Критерий согласия хи-квадрат Пирсона. Матрица кросс-табуляции «термины–документы» для заданной темы.
+
* Примеры транзакционных данных в рекомендательных системах, социальных и рекламных сетях.
-
* Проблема разреженности распределения. Эксперименты, показывающие неадекватность асимптотического распределения статистики хи-квадрат.
+
* Гиперграфовая модель ARTM. Теорема о необходимом условии максимума регуляризованного правдоподобия.
-
* Статистики модифицированного хи-квадрат, Кульбака-Лейблера, Хеллингера.
+
* Транзакционные данные в рекомендательных системах. Симметризованная гиперграфовая модель ARTM.
-
* Обобщённое семейство статистик Кресси-Рида.
+
* Гиперграфовые тематические модели языка. Тематическая модель предложений и сегментоидов.
-
* Алгоритм вычисления квантилей распределения статистики Кресси-Рида.
+
* Анализ транзакционных данных для выявления паттернов экономического поведения клиентов банка. '''[https://youtu.be/0q5p7xP4cdA?t=15168 Видео]'''.
-
* Рекуррентное вычисление статистики Кресси-Рида.
+
* Анализ банковских транзакционных данных для выявления видов деятельности компаний.
-
'''Литература:''' [Newman, 2009–2011].
+
== Анализ зависимостей ==
 +
Презентация: [[Media:Voron24ptm-rel.pdf|(PDF,&nbsp;2,5&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 14.04.2025}}.
 +
[https://youtu.be/uKCMr9yK3gw?list=PLk4h7dmY2eYE_JjvexGUS5MSozoxDFovp старая видеозапись]
-
===Внешние методы оценивания качества===
+
'''Зависимости, корреляции, связи.'''
 +
* Тематические модели классификации и регрессии.
 +
* Модель коррелированных тем CTM (Correlated Topic Model).
 +
* Регуляризаторы гиперссылок и цитирования. Выявление тематических влияний в научных публикациях.
-
'''Оценивание интерпретируемости тематических моделей.'''
+
'''Время и пространство.'''
-
* Корректность определения асессорами лишних терминов в темах и лишних тем в документах.
+
* Регуляризаторы времени.
-
* Визуализация тематических моделей.
+
* Обнаружение и отслеживание тем.
 +
* Гео-пространственные модели.
-
'''Критерии качества классификации и ранжирования.'''
+
'''Социальные сети.'''
-
* Полнота, точность и F-мера в задачах классификации и ранжирования.
+
* Сфокусированный поиск в социальных медиа (пример: поиск этно-релевантного контента).
-
* Критерии качества ранжирования: MAP, DCG, NDCG.
+
* Выявление тематических сообществ. Регуляризаторы для направленных и ненаправленных связей.
-
* Оценка качества тематического поиска документов по их длинным фрагментам.
+
* Регуляризаторы для выявления социальных ролей пользователей.
-
'''Задание 1.4.'''
+
== Именование и суммаризация тем ==
-
# Применить OEM к реальным коллекциям.
+
Презентация: [[Media:Voron25ptm-sum.pdf|(PDF,&nbsp;2,9&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 28.04.2025}}.
-
# Исследовать на реальных данных зависимость внутренних и внешних критериев качества от эвристических параметров алгоритма обучения OEM.
+
[https://youtu.be/nShxhkPbGWY старая видеозапись]
-
# В экспериментах на реальных данных построить зависимости перплексии обучающей и контрольной коллекции от числа итераций и числа тем.
+
-
'''Литература:''' [Blei, 2003].
+
'''Методы суммаризации текстов.'''
 +
* Задачи автоматической суммаризации текстов. Подходы к суммаризации: extractive и abstractive.
 +
* Оценивание и отбор предложений для суммаризации. Релаксационный метод для многокритериальной дискретной оптимизации.
 +
* Тематическая модель предложений для суммаризации.
 +
* Критерии качества суммаризации. Метрики ROUGE, BLUE.
-
===Робастные тематические модели===
+
'''Автоматическое именование тем (topic labeling).'''
-
''Робастность'' — устойчивость модели к нарушениям исходных предпосылок, заложенных в основу модели.
+
* Формирование названий-кандидатов.
 +
* Релевантность, покрытие, различность.
 +
* Оценивание качества именования тем.
-
'''Робастная тематическая модель с фоном и шумом'''
+
'''Задача суммаризации темы'''
-
* Аналитическое решение задачи о стационарной точке функции Лагранжа, формулы M-шага.
+
* Задача ранжирования документов
-
* Аддитивный и мультипликативный М-шаг.
+
* Задача фильтрации репрезентативных релевантных фраз.
-
* Оценки тематичности слов.
+
* Задача генерации связного текста
-
* Эксперименты: робастная модель не нуждается в регуляризации и более устойчива к разреживанию.
+
-
'''Разреженная робастная тематическая модель с шумом'''
+
== Проект «Тематизатор» ==
-
* Максимизация правдоподобия для упрощённой робастной модели.
+
Презентация: [[Media:Voron25ptm-project.pdf|(PDF,&nbsp;6,7&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 21.04.2025}}.
-
* Вычисление перплексии для упрощённой робастной модели.
+
[https://youtu.be/LctW1J93lmw?list=PLk4h7dmY2eYE_JjvexGUS5MSozoxDFovp Видеозапись]
-
'''Робастная тематическая модель с усечёнными распределениями'''
+
'''Визуализация тематических моделей'''
-
* Явления синонимии, взаимной заменяемости терминов, эффект burstiness.
+
* Концепция distant reading.
-
* Гипотеза об усечённых распределениях терминов тем в документах как ослабление гипотезы условной независимости.
+
* Карты знаний, иерархии, взаимосвязи, динамика, сегментация.
-
* Аналитическое решение задачи о стационарной точке функции Лагранжа. Модификация ЕМ-алгоритма.
+
* Спектр тем.
 +
* Визуализация матричного разложения.
-
'''Задание 1.5'''
+
'''Примеры прикладных задач'''
-
Обязательные пункты: 1,2 и любой из остальных.
+
* Поиск этно-релевантных тем в социальных сетях.
-
# Реализовать генерацию модельных данных с фоном и шумом.
+
* Анализ программ развития российских вузов.
-
# Реализовать робастный алгоритм OEM.
+
* Поиск и рубрикация научных статей на 100 языках.
-
# Исследовать зависимость точности робастной модели и точности восстановления от параметров априорной вероятности фона и шума. Что происходит с точностью модели, когда эти параметры «плохо угаданы»?
+
* Проекты Школы Прикладного Анализа Данных.
-
# Исследовать возможность оптимизации параметров априорной вероятности шума и фона.
+
-
# Исследовать зависимость перплексии и качества поиска от априорной вероятности шума.
+
-
# Исследовать влияние разреживания тематической компоненты робастной модели на перплексию и качество поиска.
+
-
'''Литература:''' [Chemudugunta, 2006].
+
'''Анализ требований к «Тематизатору»'''
 +
* Функциональные требования.
 +
* Требования к интерпретируемости.
 +
* Основной пользовательский сценарий: Загрузка, Предобработка, Моделирование, Визуализация, Коррекция.
 +
* Этапизация работ.
-
== Часть 2 ==
+
== Тематические модели сочетаемости слов ==
 +
Презентация: [[Media:Voron25ptm-cooc.pdf|(PDF,&nbsp;1,4&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 5.05.2025}}.
 +
[https://youtu.be/zuN5HECqv3I?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись] и ещё одна
 +
[https://youtu.be/k46UzzMSKt0?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt&t=22 старая видеозапись]
-
===Аддитивная регуляризация тематических моделей===
+
'''Мультиграммные модели и выделение терминов.'''
-
* ''Напоминания''. Вероятностная тематическая модель. Принцип максимума правдоподобия. KL-дивергенция. PLSA. EM-алгоритм.
+
* Алгоритм TopMine для быстрого поиска частых фраз. Критерии выделения коллокаций.
 +
* Синтаксический разбор. Нейросетевые синтаксические анализаторы SyntaxNet, UDpipe.
 +
* Критерии тематичности фраз.
 +
* Комбинирование синтаксической, статистической и тематической фильтрации фраз.
-
'''Тихоновская регуляризация.'''
+
'''Тематические модели дистрибутивной семантики.'''
-
* Некорректность постановки задачи тематического моделирования.
+
* Дистрибутивная гипотеза. Модели CBOW и SGNS в программе word2vec.
-
* Аддитивная регуляризация.
+
* Модель битермов BTM (Biterm Topic Model) для тематизации коллекций коротких текстов.
-
* Общая формула M-шага для регуляризованного ЕМ-алгоритма.
+
<!--* Модель всплесков BBTM (Bursty Biterm Topic Model). -->
-
* Концепция композитных многофункциональных тематических моделей.
+
* Модели WNTM (Word Network Topic Model) и WTM (Word Topic Model). Связь с моделью word2vec.
 +
<!--* Регуляризаторы когерентности. -->
-
'''Сглаживание и разреживание.'''
+
'''Позиционный регуляризатор в ARTM.'''
-
* Сглаживание. Альтернативное обоснование LDA через регуляризатор–дивергенцию.
+
* Гипотеза о сегментной структуре текста.
-
* Разреживание. Энтропийный регуляризатор.
+
* Регуляризация и пост-обработка Е-шага. Формулы М-шага.
-
* Частичное обучение как выборочное сглаживание.
+
* Примеры регуляризаторов Е-шага. Разреживание распределения p(t|d,w). Сглаживание тематики слов по контексту.
-
'''Ковариационные регуляризаторы.'''
+
'''Дополнительный материал:'''
-
* Антиковариация тем.
+
* ''Потапенко А. А.'' Векторные представления слов и документов. DataFest'4. [https://www.youtube.com/watch?v=KEXWC-ICH_Y '''Видео'''].
-
* Корреляция документов.
+
-
* Тематические модели цитирования.
+
-
===Синтаксические тематические модели===
+
== Байесовское обучение модели LDA ==
 +
Презентация: [[Media:Voron25ptm-bayes.pdf|(PDF,&nbsp;2,1&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 11.05.2025}}.
 +
[https://youtu.be/ZAtfN0ApQh0?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt&t=20 старая видеозапись]
-
'''Энграммные модели.'''
+
'''Классические модели PLSA, LDA.'''
-
* Задача выделения терминов как ключевых фраз (словосочетаний). Словари терминов.
+
* Модель PLSA.
-
* Морфологический анализ текста.
+
* Модель LDA. Распределение Дирихле и его свойства.
-
* Синтаксический анализ текста. Выявление подчинительных связей.
+
* Максимизация апостериорной вероятности для модели LDA.
-
* Статистические методы поиска коллокаций. Критерий C-Value.
+
-
* Совмещённый статистический критерий TF-IDF & CValue.
+
-
* Энграммный онлайновый алгоритм на основе синтаксического анализа и фильтрации терминов путём разреживания.
+
-
* Влияние выделения ключевых фраз на качество модели и интерпретируемость тем.
+
-
'''Марковские модели синтаксиса.'''
+
'''Вариационный байесовский вывод.'''
-
* Коллокации
+
* Основная теорема вариационного байесовского вывода.
-
* Оценивание матрицы переходных вероятностей.
+
* [[Вариационный байесовский вывод]] для модели LDA.
 +
* VB ЕМ-алгоритм для модели LDA.
-
===Регуляризация для задач классификации===
+
'''Сэмплирование Гиббса.'''
-
* ''Напоминания''. Аддитивная регуляризация тематических моделей.
+
* Основная теорема о сэмплировании Гиббса.
 +
* [[Сэмплирование Гиббса]] для модели LDA.
 +
* GS ЕМ-алгоритм для модели LDA.
-
'''Простейшие модели.'''
+
'''Замечания о байесовском подходе.'''
-
* Примеры классов: годы, авторы, категории, и т.д.
+
* Оптимизация гиперпараметров в LDA.
-
* Моделирование классов темами.
+
* Графическая нотация (plate notation). [http://zinkov.com/posts/2013-07-28-stop-using-plates Stop using plate notation].
-
* Моделирование классов распределениями тем.
+
* Сравнение байесовского подхода и ARTM.
-
* Автор-тематическая модель.
+
* Как читать статьи по байесовским моделям и строить эквивалентные ARTM-модели.
-
* Многоклассовые задачи. Частотный регуляризатор.
+
-
'''Тематическая модель классификации.'''
+
<!---
-
* Тематическая модель распределения классов документа. Вероятностная интерпретация.
+
== Теория ЕМ-алгоритма ==
-
* Тематическая модель цитирования документов.
+
Презентация: [[Media:Voron24ptm-emlda.pdf|(PDF,&nbsp;2,0&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 25.10.2024}}.
-
* Тематическая модель цитирования авторов.
+
[https://youtu.be/DBF5QAFC1V0?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt старая видеозапись]
-
* Тематическая модель категоризации. Ковариационный регуляризатор.
+
-
===Динамические тематические модели===
+
'''Общий EM-алгоритм.'''
 +
* EM-алгоритм для максимизации неполного правдоподобия.
 +
* Регуляризованный EM-алгоритм. Сходимость в слабом смысле.
 +
* Альтернативный вывод формул ARTM.
-
'''Модели с дискретным временем.'''
+
'''Эксперименты с моделями PLSA, LDA.'''
-
* Модель с фиксированной тематикой.
+
* Проблема неустойчивости (на синтетических данных).
-
* Модель с медленно меняющейся тематикой.
+
* Проблема неустойчивости (на реальных данных).
 +
* Проблема переобучения и робастные модели.
-
'''Модели с непрерывным временем.'''
+
== Моделирование сегментированного текста ==
 +
Презентация: [[Media:Voron24ptm-segm.pdf|(PDF,&nbsp;2,1&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 21.11.2024}}.
 +
[https://youtu.be/k46UzzMSKt0?list=PLk4h7dmY2eYEnsGW3GIMvIhxPeifcQvQt&t=22 старая видеозапись]
-
===Иерархические тематические модели===
+
'''Мультиграммные модели.'''
-
* Задачи категоризации текстов. Стандартный метод решения — сведение к последовательности задач классификации.
+
* Модель BigramTM.
 +
* Модель Topical N-grams (TNG).
 +
* Мультимодальная мультиграммная модель.
-
'''Тематическая модель с фиксированной иерархией.'''
+
'''Тематические модели предложений.'''
-
* Вероятностная формализация отношения «тема–подтема». Тождества, связывающие распределения тем и подтем
+
* Тематическая модель предложений senLDA.
-
* Задача построения иерархического тематического профиля документа.
+
* Модель коротких сообщений Twitter-LDA.
-
* Задача построения одного уровня иерархии. Аналитическое решение задачи максимизации правдоподобия, формулы M-шага.
+
* Сегментоиды. Лексические цепочки.
-
* Онлайновый иерархический EM-алгоритм.
+
-
* Необходимость частичного обучения для задачи категоризации.
+
-
* Необходимость разреживания для построения иерархического тематического профиля документа.
+
-
'''Сетевые иерархические модели.'''
+
'''Тематическая сегментация текста.'''
-
* Возможность для темы иметь несколько родительских тем.
+
* Метод TopicTiling. Критерии определения границ сегментов.
-
* Дивергенция Кульбака–Лейблера. Свойства KL-дивергенции.
+
* Критерии качества сегментации.
-
* Интерпретация KL-дивергенции как степени вложенности распределений. Оценивание силы связей «тема-подтема» KL-дивергенцией.
+
* Оптимизация параметров модели TopicTiling.
-
* Дополнение тематического дерева до тематической сети.
+
--->
-
'''Иерархические процессы Дирихле.'''
+
=Отчетность по курсу=
-
* Оптимизация числа тем в плоской модели.
+
Условием сдачи курса является выполнение индивидуальных практических заданий.
-
* Создание новых тем в иерархических моделях.
+
-
* Нисходящие и восходящие иерархические модели.
+
-
===Многоязычные тематические модели===
+
'''Рекомендуемая структура отчёта об исследовании:'''
-
* Параллельные тексты.
+
* Постановка задачи: неформальное описание, ДНК (дано–найти–критерий), структура данных
-
* Сопоставимые тексты.
+
* Описание простого решения baseline
-
* Регуляризация матрицы переводов слов.
+
* Описание основного решения и его вариантов
 +
* Описание набора данных и методики экспериментов
 +
* Результаты экспериментов по подбору гиперпараметров основного решения
 +
* Результаты экспериментов по сравнению основного решения с baseline
 +
* Примеры визуализации модели
 +
* Выводы: что работает, что не работает, инсайты
 +
* Ссылка на код
-
===Многомодальные тематические модели===
+
'''Примеры отчётов:'''
-
* Коллаборативная фильтрация.
+
* [[Media:kibitova16ptm.pdf|Валерия Кибитова, 2016]]
-
* Модель научной социальной сети.
+
* [[Media:filin18ptm.pdf|Максим Филин, 2018]]
-
* Персонализация рекламы в Интернете.
+
* [[Media:ikonnikova18ptm.pdf|Мария Иконникова, 2018]]
-
===Распараллеливание алгоритмов обучения тематических моделей===
+
=Литература=
-
* Основы Map-Reduce
+
-
* Распределённое хранение коллекции.
+
-
==Литература==
+
# ''Воронцов К. В.'' [[Media:voron17survey-artm.pdf|Вероятностное тематическое моделирование: теория регуляризации ARTM и библиотека с открытым кодом BigARTM]]. 2025.
-
'''Основная литература'''
+
# ''Xiaobao Wu, Thong Nguyen, Anh Tuan Luu.'' [https://arxiv.org/abs/2401.15351 A Survey on Neural Topic Models: Methods, Applications, and Challenges]. 2023.
-
 
+
# ''Rob Churchill, Lisa Singh.'' [https://dl.acm.org/doi/10.1145/3507900 The Evolution of Topic Modeling]. 2022.
-
# Маннинг К., Рагхаван П., Шютце Х. Введение в информационный поиск. — Вильямс, 2011.
+
# ''He Zhao, Dinh Phung, Viet Huynh, Yuan Jin, Lan Du, Wray Buntine.'' [https://arxiv.org/abs/2103.00498 Topic Modelling Meets Deep Neural Networks: A Survey]. 2021.
-
# Daud A., Li J., Zhou L., Muhammad F. Knowledge discovery through directed probabilistic topic models: a survey // Frontiers of Computer Science in China.— 2010.— Vol. 4, no. 2. — Pp. 280–301.
+
# ''Hamed Jelodar, Yongli Wang, Chi Yuan, Xia Feng.'' [https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1711/1711.04305.pdf Latent Dirichlet Allocation (LDA) and Topic modeling: models, applications, a survey]. 2017.
-
# Asuncion A., Welling M., Smyth P., Teh Y. W. On smoothing and inference for topic models // Proceedings of the International Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence. — 2009.
+
# ''Hofmann T.'' Probabilistic latent semantic indexing // Proceedings of the 22nd annual international ACM SIGIR conference on Research and development in information retrieval. — New York, NY, USA: ACM, 1999. — Pp. 50–57.
 +
# ''Blei D. M., Ng A. Y., Jordan M. I.'' Latent Dirichlet allocation // Journal of Machine Learning Research. — 2003. — Vol. 3. — Pp. 993–1022.
 +
# ''Asuncion A., Welling M., Smyth P., Teh Y. W.'' On smoothing and inference for topic models // Proceedings of the International Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence. — 2009.
 +
<!--
 +
# ''Янина А. О., Воронцов К. В.'' [http://jmlda.org/papers/doc/2016/no2/Ianina2016Multimodal.pdf Мультимодальные тематические модели для разведочного поиска в коллективном блоге] // Машинное обучение и анализ данных. 2016. T.2. №2. С.173-186.
 +
# ''Воронцов К.В.'' Тематическое моделирование в BigARTM: теория, алгоритмы, приложения. [[Media:Voron-2015-BigARTM.pdf|Voron-2015-BigARTM.pdf]].
 +
# ''Воронцов К.В.'' Лекции по тематическому моделированию. [[Media:Voron-2013-ptm.pdf|Voron-2013-ptm.pdf]].
'''Дополнительная литература'''
'''Дополнительная литература'''
-
# Воронцов К. В., Потапенко А. А. Регуляризация, робастность и разреженность вероятностных тематических моделей // Компьютерные исследования и моделирование 2012 Т. 4, №12. С 693–706.
+
 
-
# Blei D. M., Ng A. Y., Jordan M. I. Latent Dirichlet allocation // Journal of Machine Learning Research. — 2003. — Vol. 3. — Pp. 993–1022.
+
# Воронцов К. В., Потапенко А. А. [http://jmlda.org/papers/doc/2013/no6/Vorontsov2013TopicModeling.pdf Модификации EM-алгоритма для вероятностного тематического моделирования] // Машинное обучение и анализ данных. — 2013. — T. 1, № 6. — С. 657–686.
 +
# Воронцов К. В., Фрей А. И., Ромов П. А., Янина А. О., Суворова М. А., Апишев М. А. [[Media:Voron15damdid.pdf|BigARTM: библиотека с открытым кодом для тематического моделирования больших текстовых коллекций]] // Аналитика и управление данными в областях с интенсивным использованием данных. XVII Международная конференция DAMDID/RCDL’2015, Обнинск, 13-16 октября 2015.
 +
# Маннинг К., Рагхаван П., Шютце Х. Введение в информационный поиск. — Вильямс, 2011.
# Chemudugunta C., Smyth P., Steyvers M. Modeling general and specific aspects of documents with a probabilistic topic model // Advances in Neural Information Processing Systems. — MIT Press, 2006. — Vol. 19. — Pp. 241–248.
# Chemudugunta C., Smyth P., Steyvers M. Modeling general and specific aspects of documents with a probabilistic topic model // Advances in Neural Information Processing Systems. — MIT Press, 2006. — Vol. 19. — Pp. 241–248.
 +
# Daud A., Li J., Zhou L., Muhammad F. Knowledge discovery through directed probabilistic topic models: a survey // Frontiers of Computer Science in China.— 2010.— Vol. 4, no. 2. — Pp. 280–301.
# Dempster A. P., Laird N. M., Rubin D. B. Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm // J. of the Royal Statistical Society, Series B. — 1977. — no. 34. — Pp. 1–38.
# Dempster A. P., Laird N. M., Rubin D. B. Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm // J. of the Royal Statistical Society, Series B. — 1977. — no. 34. — Pp. 1–38.
-
# Hofmann T. Probabilistic latent semantic indexing // Proceedings of the 22nd annual international ACM SIGIR conference on Research and development in information retrieval. — New York, NY, USA: ACM, 1999. — Pp. 50–57.
 
# Hoffman M. D., Blei D. M., Bach F. R. Online Learning for Latent Dirichlet Allocation // NIPS, 2010. Pp. 856–864.
# Hoffman M. D., Blei D. M., Bach F. R. Online Learning for Latent Dirichlet Allocation // NIPS, 2010. Pp. 856–864.
# Lu Y., Mei Q., Zhai C. Investigating task performance of probabilistic topic models: an empirical study of PLSA and LDA // Information Retrieval. — 2011. — Vol.14, no.2. — Pp. 178–203.
# Lu Y., Mei Q., Zhai C. Investigating task performance of probabilistic topic models: an empirical study of PLSA and LDA // Information Retrieval. — 2011. — Vol.14, no.2. — Pp. 178–203.
 +
# Vorontsov K. V., Potapenko A. A. [[Media:Voron14mlj.pdf|Additive Regularization of Topic Models]] // Machine Learning. Special Issue “Data Analysis and Intelligent Optimization with Applications”: Volume 101, Issue 1 (2015), Pp. 303-323. [[Media:Voron14mlj-rus.pdf|Русский перевод]]
 +
# Vorontsov K. V., Frei O. I., Apishev M. A., Romov P. A., Suvorova M. A., Yanina A. O. [[Media:Voron15cikm-tm.pdf|Non-Bayesian Additive Regularization for Multimodal Topic Modeling of Large Collections]] // Proceedings of the 2015 Workshop on Topic Models: Post-Processing and Applications, October 19, 2015, Melbourne, Australia. ACM, New York, NY, USA. pp. 29–37.
# Wallach H., Mimno D., McCallum A. Rethinking LDA: Why priors matter // Advances in Neural Information Processing Systems 22 / Ed. by Y. Bengio, D. Schuurmans, J. Lafferty, C. K. I. Williams, A. Culotta. — 2009. — Pp. 1973–1981.
# Wallach H., Mimno D., McCallum A. Rethinking LDA: Why priors matter // Advances in Neural Information Processing Systems 22 / Ed. by Y. Bengio, D. Schuurmans, J. Lafferty, C. K. I. Williams, A. Culotta. — 2009. — Pp. 1973–1981.
-
# Zavitsanos E., Paliouras G., Vouros G. A. Non-parametric estimation of topic hierarchies from texts with hierarchical Dirichlet processes // Journal of Machine Learning Research. — 2011. — Vol. 12. — Pp. 2749–2775.
+
-->
-
== Ссылки ==
+
= Ссылки =
* [[Тематическое моделирование]]
* [[Тематическое моделирование]]
-
* Конспект лекций: [[Media:Voron-2013-ptm.pdf|Voron-2013-ptm.pdf, 500 КБ]] {{важно|(обновление 22 апреля 2013)}}.
+
* [[Аддитивная регуляризация тематических моделей]]
-
* Презентация доклада на семинаре в [http://www2.viniti.ru ВИНИТИ РАН], 23 апреля 2013. '''[[Media:voron-viniti-23apr2013.pdf|(PDF,&nbsp;2.0&nbsp;МБ)]]'''.
+
-
 
+
-
== См. также ==
+
* [[Коллекции документов для тематического моделирования]]
* [[Коллекции документов для тематического моделирования]]
 +
* [[BigARTM]]
 +
* [http://www.youtube.com/watch?v=vSzsuq7uHPE Видеозапись лекции на ТМШ, 19 июня 2015]
 +
* ''Воронцов К.В.'' [[Media:voron-2014-task-PTM.pdf|Практическое задание по тематическому моделированию, 2014.]]
-
{{Stub}}
+
'''Материалы для первого ознакомления:'''
 +
* ''[[Media:BigARTM-short-intro.pdf|Тематический анализ больших данных]]''. Краткое популярное введение в BigARTM.
 +
* ''[http://postnauka.ru/video/61910 Разведочный информационный поиск]''. Видеолекция на ПостНауке.
 +
* ''[https://postnauka.ru/faq/86373 Тематическое моделирование]''. FAQ на ПостНауке, совместно с Корпоративным университетом Сбербанка.
 +
* ''[https://www.youtube.com/watch?v=MhNbccnVk5Y Байесовская и классическая регуляризация в вероятностном тематическом моделировании]''. Научно-образовательный семинар «Актуальные проблемы прикладной математики» Новосибирского Государственного Университета, 19 февраля 2021. [[Media:Voron-2021-02-19.pdf|Презентация]].
 +
* ''[https://habrahabr.ru/company/yandex/blog/313340 Тематическое моделирование на пути к разведочному информационному поиску]''. Лекция на DataFest3, 10 сентября 2016. [https://www.youtube.com/watch?v=frLW8UVp_Ik&index=5&list=PLJOzdkh8T5kqfhWXhtYevTUHIvrylDLYu Видеозапись].
 +
 
 +
= Подстраницы =
 +
{{Служебная:Prefixindex/Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/}}
[[Категория:Учебные курсы]]
[[Категория:Учебные курсы]]
 +
 +
 +
<!---------------------------------------------------
 +
 +
'''Модели связного текста.'''
 +
* Контекстная документная кластеризация (CDC).
 +
* Метод лексических цепочек.
 +
 +
'''Инициализация.'''
 +
* Случайная инициализация. Инициализация по документам.
 +
* Контекстная документная кластеризация.
 +
* Поиск якорных слов. Алгоритм Ароры.
 +
 +
'''Расширяемые тематические модели.'''
 +
* Пакетный ЕМ-алгоритм.
 +
* Обнаружение новых тем в потоке документов. Инициализация новых тем.
 +
* Проблемы агрегирования коллекций. Жанровая и тематическая фильтрация документов.
 +
 +
== Анализ разнородных данных ==
 +
Презентация: [[Media:Voron18ptm-misc.pdf|(PDF,&nbsp;1,6&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 03.05.2018}}.
 +
 +
== Примеры приложений тематического моделирования ==
 +
Презентация: [[Media:Voron17ptm11.pdf|(PDF,&nbsp;3,3&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление 16.05.2017}}.
 +
 +
'''Примеры приложений тематического моделирования.'''
 +
* Задача поиска релевантных тем в социальных сетях и новостных потоках.
 +
* Динамическая модель коллекции пресс-релизов.
 +
* Разведочный поиск в коллективном блоге.
 +
* Сценарный анализ записей разговоров контактного центра.
 +
* [[Технология информационного анализа электрокардиосигналов|Информационный анализ электрокардиосигналов]] для скрининговой диагностики.
 +
 +
== Инициализация, траектория регуляризации, тесты адекватности ==
 +
Презентация: [[Media:Voron-PTM-10.pdf|(PDF,&nbsp;Х,Х&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление ХХ.ХХ.2016}}.
 +
 +
'''Траектория регуляризации.'''
 +
* Задача оптимизации трактории в пространстве коэффициентов регуляризации.
 +
* Относительные коэффициенты регуляризации.
 +
* Пространство коэффициентов регуляризации и пространство метрик качества. Регрессионная связь между ними. Инкрементная регрессия.
 +
* Подходы к скаляризации критериев.
 +
* Обучение с подкреплением. Контекстный многорукий бандит. Верхние доверительные границы (UCB).
 +
 +
'''Тесты адекватности.'''
 +
* Статистические тесты условной независимости. Методология проверки статистических гипотез. Критерий согласия хи-квадрат Пирсона.
 +
* Проблема разреженности распределения. Эксперименты, показывающие неадекватность асимптотического распределения статистики хи-квадрат.
 +
* Статистики модифицированного хи-квадрат, Кульбака-Лейблера, Хеллингера.
 +
* Обобщённое семейство статистик Кресси-Рида.
 +
* Эмпирическое оценивание квантилей распределения статистики Кресси-Рида.
 +
* Применения теста условной независимости для поиска плохо смоделированных тем, документов, терминов. Поиск тем для расщепления.
 +
 +
== Обзор оценок качества тематических моделей ==
 +
Презентация: [[Media:Voron-PTM-11.pdf|(PDF,&nbsp;Х,Х&nbsp;МБ)]] {{важно|— обновление ХХ.ХХ.2016}}.
 +
 +
* Внутренние и внешние критерии качества.
 +
* Перплексия и правдоподобие. Интерпретация перплекcии. Перплексия контрольной коллекции. Проблема новых слов в контрольной коллекции. Проблема сравнения моделей с разными словарями. Относительная перплексия.
 +
 +
''' Оценивание качества темы.'''
 +
* Лексическое ядро темы: множество типичных терминов темы.
 +
* Чистота и контрастность темы
 +
* Документное ядро темы: множество типичных документов темы.
 +
* Однородность темы: распределение расстояний между p(w|t) и p(w|t,d).
 +
* Конфликтность темы: близость темы к другим темам.
 +
* Интерпретируемость темы: экспертные оценки, метод интрузий, когерентность. Взрыв интерпретируемости в n-граммных моделях.
 +
 +
'''Устойчивость и полнота.'''
 +
* Эксперименты по оцениванию устойчивости, интерпретируемости и полноты.
 +
* Построение выпуклых оболочек тем и фильтрация зависимых тем в сериях тематических моделей.
 +
 +
'''Критерии качества классификации и ранжирования.'''
 +
* Полнота, точность и F-мера в задачах классификации и ранжирования.
 +
* Критерии качества ранжирования: MAP, DCG, NDCG.
 +
* Оценка качества тематического поиска документов по их длинным фрагментам.
 +
 +
* Вывод M-шага для негладкого регуляризатора.
 +
* Тематическая модель текста и изображений. Задача аннотирования изображений.
 +
-->

Текущая версия

Содержание

Спецкурс читается студентам 2—5 курсов на кафедре «Математические методы прогнозирования» ВМиК МГУ с 2013 года и студентам 6 курса на кафедре «Интеллектуальные системы» ФУПМ МФТИ с 2019 года.

В спецкурсе изучается вероятностное тематическое моделирование (topic modeling) коллекций текстовых документов. Тематическая модель определяет, какие темы содержатся в большой текстовой коллекции, и к каким темам относится каждый документ. Тематические модели позволяют искать тексты по смыслу, а не по ключевым словам, и создавать информационно-поисковые системы нового поколения, основанные на парадигме семантического разведочного поиска (exploratory search). Рассматриваются тематические модели для классификации, категоризации, сегментации, суммаризации текстов естественного языка, а также для рекомендательных систем, анализа банковских транзакционных данных, анализа биомедицинских сигналов. В спецкурсе развивается многокритериальный подход к построению моделей с заданными свойствами — аддитивная регуляризация тематических моделей (АРТМ). Он основан на регуляризации некорректно поставленных задач стохастического матричного разложения. Особое внимание уделяется методам лингвистической регуляризации для моделирования связности текста. Предполагается проведение студентами численных экспериментов на модельных и реальных данных с помощью библиотеки тематического моделирования BigARTM.

От студентов требуются знания курсов линейной алгебры, математического анализа, теории вероятностей. Знание математической статистики, методов оптимизации, машинного обучения, языков программирования Python и С++ желательно, но не обязательно.

Краткая ссылка на эту страницу: bit.ly/2EGWcjA.

Основной материал:

Программа курса

Задача тематического моделирования

Презентация: (PDF, 1,7 МБ) — обновление 11.09.2025. старая видеозапись

Цели и задачи тематического моделирования.

Аддитивная регуляризация тематических моделей.

  • Понятие некорректно поставленной задачи по Адамару. Регуляризация.
  • Лемма о максимизации на единичных симплексах. Условия Каруша–Куна–Таккера.
  • Теорема о необходимом условии максимума регуляризованного правдоподобия для ARTM.
  • Классические тематические модели PLSA и LDA как частные случаи ARTM.

Практика тематического моделирования.

  • Проект с открытым кодом BigARTM.
  • Этапы решения практических задач.
  • Методы предварительной обработки текста.
  • Датасеты и практические задания по курсу.

Моделирование локального контекста

Презентация: (PDF, 3,2 МБ) — обновление 14.09.2025. старая видеозапись

Онлайновый ЕМ-алгоритм.

  • Рациональный ЕМ-алгоритм (встраивание Е-шага внутрь М-шага).
  • Онлайновый EM-алгоритм для ARTM.
  • Пакетный онлайновый регуляризованный EM-алгоритм для ARTM.

Линейная тематизация текста.

  • Линейная тематизация текста за один проход без матрицы \Theta.
  • Локализация E-шага. Линейная тематизация. Коэффициенты внимания. Attentive ARTM.
  • Двунаправленная тематическая модель контекста.
  • Онлайновый EM-алгоритм с однопроходным локализованным E-шагом.

Аналогия с нейросетевыми моделями языка.

  • Свёрточная нейросеть GCNN (Gated Convolutional Network)
  • Модель само-внимания (self-attention) Query-Key-Value.
  • Трансформер и онлайновый EM-алгоритм с многопроходным локализованным E-шагом.
  • Нейросетевая тематическая модель Contextual-Top2Vec.

Реализация ЕМ-алгоритма и комбинирование регуляризаторов

Презентация: (PDF, 1,4 МБ) — обновление 14.09.2025. старая видеозапись

Часто используемые регуляризаторы.

  • Сглаживание и разреживание.
  • Частичное обучение.
  • Декоррелирование тем.
  • Разреживание для отбора тем.

Особенности реализации ЕМ-алгоритма для ARTM.

  • Улучшение сходимости несмещёнными оценками.
  • Замена логарифма в функции потерь.
  • Матричная запись ЕМ-алгоритма.
  • Подбор коэффициентов регуляризации. Траектория регуляризации.
  • Относительные коэффициенты регуляризации.
  • Библиотеки BigARTM и TopicNet.

Эксперименты с регуляризацией.

  • Производительность BigARTM
  • Оценивание качества: перплексия, когерентность, лексическое ядро
  • Регуляризаторы сглаживания, разреживания, декоррелирования и отбора тем.
  • Комбинирование регуляризаторов, эмпирические рекомендации.
  • Эксперименты с отбором тем на синтетических и реальных данных.
  • Сравнение с байесовской моделью HDP (Hierarchical Dirichlet Process).
  • Эффект отбрасывания малых, дублирующих и линейно зависимых тем.

Оценивание качества тематических моделей

Презентация: (PDF, 1,7 МБ) — обновление 30.03.2025. старая видеозапись

Измерение качества тематических моделей.

  • Правдоподобие и перплексия.
  • Интерпретируемость и когерентность. Внутритекстовая когерентность.
  • Разреженность и различность.

Проверка гипотезы условной независимости.

  • Статистики на основе KL-дивергенции и их обобщения.
  • Регуляризатор семантической однородности.
  • Применение статистических тестов условной независимости.

Проблема тематической несбалансированности в данных

  • Проблема малых тем и тем-дубликатов
  • Тематическая несбалансированность как основная причина неинтерпретируемости тем
  • Эксперименты с регуляризаторами отбора тем и декоррелирования
  • Регуляризатор семантической однородности
  • Подходы к балансировке тем

Тематический информационный поиск

Презентация: (PDF, 3,7 МБ) — обновление 24.03.2025. старая видеозапись

Мультимодальные тематические модели.

  • Примеры модальностей.
  • Мультимодальный ARTM и регуляризованный ЕМ-алгоритм.

Иерархические тематические модели.

  • Иерархии тем. Послойное построение иерархии.
  • Регуляризаторы для разделения тем на подтемы.
  • Псевдодокументы родительских тем.
  • Модальность родительских тем.

Эксперименты с тематическим поиском.

  • Методика измерения качества поиска.
  • Тематическая модель для документного поиска.
  • Оптимизация гиперпараметров.

BigARTM и базовые инструменты

Мурат Апишев. Презентация: (zip, 0,6 МБ) — обновление 17.02.2017. Видеозапись

Предварительная обработка текстов

  • Парсинг «сырых» данных.
  • Токенизация, стемминг и лемматизация.
  • Выделение энграмм.
  • Законы Ципфа и Хипса. Фильтрация словаря коллекции. Удаление стоп-слов.

Библиотека BigARTM

  • Методологические рекоммендации по проведению экспериментов.
  • Установка BigARTM.
  • Формат и импорт входных данных.
  • Обучение простой модели (без регуляризации): создание, инициализация, настройка и оценивание модели.
  • Инструмент визуализации тематических моделей VisARTM. Основные возможности, демонстрация работы.

Дополнительный материал:

  • Презентация: (PDF, 1,5 МБ) — обновление 17.03.2017.
  • Видео — обновление 22.03.2017.
  • Воркшоп по BigARTM на DataFest'4. Видео.

Проект «Мастерская знаний»

Презентация: (PNG, 8,1 МБ) — обновление 3.03.2025.

Проект «Мастерская знаний»

  • Цели, задачи, концепция проекта. Тематические подборки научных текстов.
  • Модель векторизации текста для поиска и рекомендаций научных статей.
  • Основные сервисы «Мастерской знаний».

Место тематического моделирования в «Мастерской знаний»

  • Сервис тематизации подборки.
  • Сервисы выявления научных трендов и построения хронологических карт.
  • Вспомогательные функции в сервисе полуавтоматической суммаризации.

Карты знаний

  • Задачи иерархической суммаризации одной статьи, подборки статей.
  • Принципы построения интеллект-карт и карт знаний.
  • Что такое «тема»? Отличия тематизации и картирования.

Мультимодальные тематические модели

Презентация: (PDF, 2,8 МБ) — обновление 7.04.2025. старая видеозапись

Мультиязычные тематические модели.

  • Параллельные и сравнимые коллекции.
  • Регуляризаторы для учёта двуязычных словарей.
  • Кросс-язычный информационный поиск.

Трёхматричные модели.

  • Модели трёхматричных разложений. Понятие порождающей модальности.
  • Автор-тематическая модель (author-topic model).
  • Модель для выделения поведений объектов в видеопотоке.

Тематические модели транзакционных данных.

  • Примеры транзакционных данных в рекомендательных системах, социальных и рекламных сетях.
  • Гиперграфовая модель ARTM. Теорема о необходимом условии максимума регуляризованного правдоподобия.
  • Транзакционные данные в рекомендательных системах. Симметризованная гиперграфовая модель ARTM.
  • Гиперграфовые тематические модели языка. Тематическая модель предложений и сегментоидов.
  • Анализ транзакционных данных для выявления паттернов экономического поведения клиентов банка. Видео.
  • Анализ банковских транзакционных данных для выявления видов деятельности компаний.

Анализ зависимостей

Презентация: (PDF, 2,5 МБ) — обновление 14.04.2025. старая видеозапись

Зависимости, корреляции, связи.

  • Тематические модели классификации и регрессии.
  • Модель коррелированных тем CTM (Correlated Topic Model).
  • Регуляризаторы гиперссылок и цитирования. Выявление тематических влияний в научных публикациях.

Время и пространство.

  • Регуляризаторы времени.
  • Обнаружение и отслеживание тем.
  • Гео-пространственные модели.

Социальные сети.

  • Сфокусированный поиск в социальных медиа (пример: поиск этно-релевантного контента).
  • Выявление тематических сообществ. Регуляризаторы для направленных и ненаправленных связей.
  • Регуляризаторы для выявления социальных ролей пользователей.

Именование и суммаризация тем

Презентация: (PDF, 2,9 МБ) — обновление 28.04.2025. старая видеозапись

Методы суммаризации текстов.

  • Задачи автоматической суммаризации текстов. Подходы к суммаризации: extractive и abstractive.
  • Оценивание и отбор предложений для суммаризации. Релаксационный метод для многокритериальной дискретной оптимизации.
  • Тематическая модель предложений для суммаризации.
  • Критерии качества суммаризации. Метрики ROUGE, BLUE.

Автоматическое именование тем (topic labeling).

  • Формирование названий-кандидатов.
  • Релевантность, покрытие, различность.
  • Оценивание качества именования тем.

Задача суммаризации темы

  • Задача ранжирования документов
  • Задача фильтрации репрезентативных релевантных фраз.
  • Задача генерации связного текста

Проект «Тематизатор»

Презентация: (PDF, 6,7 МБ) — обновление 21.04.2025. Видеозапись

Визуализация тематических моделей

  • Концепция distant reading.
  • Карты знаний, иерархии, взаимосвязи, динамика, сегментация.
  • Спектр тем.
  • Визуализация матричного разложения.

Примеры прикладных задач

  • Поиск этно-релевантных тем в социальных сетях.
  • Анализ программ развития российских вузов.
  • Поиск и рубрикация научных статей на 100 языках.
  • Проекты Школы Прикладного Анализа Данных.

Анализ требований к «Тематизатору»

  • Функциональные требования.
  • Требования к интерпретируемости.
  • Основной пользовательский сценарий: Загрузка, Предобработка, Моделирование, Визуализация, Коррекция.
  • Этапизация работ.

Тематические модели сочетаемости слов

Презентация: (PDF, 1,4 МБ) — обновление 5.05.2025. старая видеозапись и ещё одна старая видеозапись

Мультиграммные модели и выделение терминов.

  • Алгоритм TopMine для быстрого поиска частых фраз. Критерии выделения коллокаций.
  • Синтаксический разбор. Нейросетевые синтаксические анализаторы SyntaxNet, UDpipe.
  • Критерии тематичности фраз.
  • Комбинирование синтаксической, статистической и тематической фильтрации фраз.

Тематические модели дистрибутивной семантики.

  • Дистрибутивная гипотеза. Модели CBOW и SGNS в программе word2vec.
  • Модель битермов BTM (Biterm Topic Model) для тематизации коллекций коротких текстов.
  • Модели WNTM (Word Network Topic Model) и WTM (Word Topic Model). Связь с моделью word2vec.

Позиционный регуляризатор в ARTM.

  • Гипотеза о сегментной структуре текста.
  • Регуляризация и пост-обработка Е-шага. Формулы М-шага.
  • Примеры регуляризаторов Е-шага. Разреживание распределения p(t|d,w). Сглаживание тематики слов по контексту.

Дополнительный материал:

  • Потапенко А. А. Векторные представления слов и документов. DataFest'4. Видео.

Байесовское обучение модели LDA

Презентация: (PDF, 2,1 МБ) — обновление 11.05.2025. старая видеозапись

Классические модели PLSA, LDA.

  • Модель PLSA.
  • Модель LDA. Распределение Дирихле и его свойства.
  • Максимизация апостериорной вероятности для модели LDA.

Вариационный байесовский вывод.

Сэмплирование Гиббса.

Замечания о байесовском подходе.

  • Оптимизация гиперпараметров в LDA.
  • Графическая нотация (plate notation). Stop using plate notation.
  • Сравнение байесовского подхода и ARTM.
  • Как читать статьи по байесовским моделям и строить эквивалентные ARTM-модели.


Отчетность по курсу

Условием сдачи курса является выполнение индивидуальных практических заданий.

Рекомендуемая структура отчёта об исследовании:

  • Постановка задачи: неформальное описание, ДНК (дано–найти–критерий), структура данных
  • Описание простого решения baseline
  • Описание основного решения и его вариантов
  • Описание набора данных и методики экспериментов
  • Результаты экспериментов по подбору гиперпараметров основного решения
  • Результаты экспериментов по сравнению основного решения с baseline
  • Примеры визуализации модели
  • Выводы: что работает, что не работает, инсайты
  • Ссылка на код

Примеры отчётов:

Литература

  1. Воронцов К. В. Вероятностное тематическое моделирование: теория регуляризации ARTM и библиотека с открытым кодом BigARTM. 2025.
  2. Xiaobao Wu, Thong Nguyen, Anh Tuan Luu. A Survey on Neural Topic Models: Methods, Applications, and Challenges. 2023.
  3. Rob Churchill, Lisa Singh. The Evolution of Topic Modeling. 2022.
  4. He Zhao, Dinh Phung, Viet Huynh, Yuan Jin, Lan Du, Wray Buntine. Topic Modelling Meets Deep Neural Networks: A Survey. 2021.
  5. Hamed Jelodar, Yongli Wang, Chi Yuan, Xia Feng. Latent Dirichlet Allocation (LDA) and Topic modeling: models, applications, a survey. 2017.
  6. Hofmann T. Probabilistic latent semantic indexing // Proceedings of the 22nd annual international ACM SIGIR conference on Research and development in information retrieval. — New York, NY, USA: ACM, 1999. — Pp. 50–57.
  7. Blei D. M., Ng A. Y., Jordan M. I. Latent Dirichlet allocation // Journal of Machine Learning Research. — 2003. — Vol. 3. — Pp. 993–1022.
  8. Asuncion A., Welling M., Smyth P., Teh Y. W. On smoothing and inference for topic models // Proceedings of the International Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence. — 2009.

Ссылки

Материалы для первого ознакомления:

Подстраницы

Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2015Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2016Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2017
Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2018Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2019, ВМКВероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2020
Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2021Вероятностные тематические модели (курс лекций, К.В.Воронцов)/2024
Источник — «http://www.recognition.su/wiki/index.php?title=%D0%92%D0%B5%D1%80%D0%BE%D1%8F%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8_%28%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81_%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B9%2C_%D0%9A.%D0%92.%D0%92%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%BE%D0%B2%29»
Личные инструменты