语言模型

一、什么是语言模型

　　假设，对于一个观测值：“yuyanmoxing”，可能是由“语言模型”、“寓言模型”、“语言魔性”  ... 等得到的，但是要想得到究竟是哪一个，通常需要计算它们的概率，譬如：P("语言模型"|"yuyanmoxing") > P("寓言模型"|"yuyanmoxing") > ... ，（P(I|O)），则可以确定为“语言模型”。如何对这个概率进行计算呢？从数学的角度来看：

　　如果我们直接用第一种方法，即为判别式模型，如果用第二种方法，即为生成式模型。当采用生成式模型的话，需要计算这个语句序列出现的概率即为P(I)的概率，如何计算P(I)的概率呢？

 　　计算一个文本序列w = { w1 ,w2  ...  wn}的概率，需要知道他们之间的关系，我们对这个关系的建模即为语言模型。

 二、统计语言模型

　　1.1 统计语言模型

　　要计算一个语言序列的概率，关键是看这些词的排序的关系，我们可以利用马尔科夫假设，即当前词只与当前n-1个词有关。譬如，对于序列种一个词w_i，我们需要知道w₁w₂ ... w_i-1出现时，w_i发生的概率。然后根据联合概率公式即可得到句子的概率。假设句子为S，p(S)=p(w₁,w₂,w₃,w₄,w₅,…,w_n) =p(w₁)p(w₂|w₁)p(w₃|w₁,w₂)...p(w_n|w₁,w₂,...,w_n-1)。

　　在实际操作中，如果文本较长，则p(w_n|w₁,w₂,...,w_n-1)的计算是很困难的，假设P个词，则需要计算的概率有Pⁿ个，作比较得到最大的。因此，推出了n-gram模型。 当n取1、2、3时，n-gram模型分别称为unigram、bigram和trigram语言模型。模型的参数估计也称为模型的训练，一般采用最大似然估计（Maximum Likelihood Estimation，MLE）的方法对模型的参数进行估计：

　　C(X)表示X在训练语料中出现的次数。如给定句子：

　　如给定句子集“<s> I am Sam </s>

                 　　　<s> Sam I am </s>

                 　　　<s> I do not like green eggs and ham </s>”

　　1.2 bigram与HMM

　　HMM就是bigram语言模型，可以利用HMM的学习问题、概率计算问题、预测问题来解决相关的问题。当然也可以通过上面利用MLE进行估计等进行计算。参考：https://www.cnblogs.com/pinking/p/8531405.html

 三、神将网络语言模型

 　　n-gram模型将词看作符号，不能很好的计算词与词之间的内在联系，泛化能力较差，后得到神将网络模型（Neural n-gram），通过对样本进行训练获得计算概率的模型，而不是通过统计的方法求概率，如图：

　　神经网络模型的架构如图，输入为n-1个词的one-hot向量，包含一个隐层，神经网络的输出为softmax后每个词出现的概率，然后根据真实语料库种真实的下一个词的one-hot向量通过最小化交叉熵训练模型。

 　　neural n-gram模型可以捕获词之间的关系，但是利用的词有限，只能利用前n-1个词，无法捕获长期依赖，模型效果与n的选择有关。

 四、循环神经网络语言模型

　　RNN模型可以捕获更长时间的信息，对于语料库的单词进行one-hot编码，增加句子开始/结束标志，其主要过程为：

　　如上神经网络的输出w4即为，P(w4|w1,w2,w3)，若要得到一个序列的概率，将上面输出进行连乘即可。