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  • 机器学习之使用贝叶斯算法实现拼写检查器

    一、任务简介

      假设身处这样一个场景,用户输入的是一个错误单词,而我们需要做的就是来预测出用户实际想输入的单词。如果这个单词是正确的,那么结果肯定就是自己本身了。如果用户实际输入tha,那这个单词肯定是错误的,我们就可以通过一种算法来得到用户可能实际上真正想输入的是the。这种算法可以通过贝叶斯算法来解决 argmaxc P(c|w) -> argmaxc P(w|c) P(c) / P(w)。

      P(c),文章中出现一个正确拼写词 c 的概率,也就是说,在语料库中,c 出现的概率有多大,也就是贝叶斯算法中的先验概率。
      P(w|c),在用户想键入 c 的情况下敲成 w 的概率. 因为这个是代表用户会以多大的概率把 c 敲错成 w,这里通过编辑距离来计算这个值。
      argmaxc, 用来枚举所有可能的 c 并且选取概率最大的。

      语料库数据集链接为:https://pan.baidu.com/s/1JnkJ1oY77KRQx05CYuM_Tg。提取码:tz49 

    二、代码实现

      首先读取数据集,然后进行数据预处理,要是在这个过程中,遇到我们从来没有过见过的新词怎么办。 意思就是假如说一个词拼写完全正确,但是语料库中没有包含这个词,从而这个词也永远不会出现在训练集中。 于是, 我们就要返回出现这个词的概率是0。 这个情况不太妙, 因为概率为0这个代表了这个事件绝对不可能发生, 而在我们的概率模型中,我们期望用一个很小的概率来代表这种情况。lambda: 1

    import re, collections
    
    # 把语料中的单词全部抽取出来, 转成小写, 并且去除单词中间的特殊符号
    def words(text):
        return re.findall('[a-z]+', text.lower())
    
    alphabet = 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
    
    def train(features):
        model = collections.defaultdict(lambda: 1)
        for f in features:
            model[f] += 1
        return model
    
    NWORDS = train(words(open('big.txt').read()))
    NWORDS

      统计出来的词频为:

       

      编辑距离,两个词之间的编辑距离定义为使用了几次插入(在词中插入一个单字母),删除(删除一个单字母),交换(交换相邻两个字母),替换(把一个字母换成另一个)的操作从一个词变到另一个词。

    #返回所有与单词 w 编辑距离为 1 的集合
    def edits1(word):
        n = len(word)
        return set([word[0:i]+word[i+1:] for i in range(n)] +                     # deletion
                   [word[0:i]+word[i+1]+word[i]+word[i+2:] for i in range(n-1)] + # transposition
                   [word[0:i]+c+word[i+1:] for i in range(n) for c in alphabet] + # alteration
                   [word[0:i]+c+word[i:] for i in range(n+1) for c in alphabet])  # insertion
    

      对于编辑距离等于1来说得到的结果并不是那么全面,于是我们可以继续算出编辑距离等于2的单词(在1的基础上再进行一次循环即可)。

    #返回所有与单词 w 编辑距离为 2 的集合
    #在这些编辑距离为2的词中间, 只把那些正确的词作为候选词
    def edits2(word):
        return set(e2 for e1 in edits1(word) for e2 in edits1(e1))

      经过一次试验发现与 something 编辑距离为2的单词居然达到了 114324 个。

      优化:在上面得到的这些编辑距离小于2的词中间,只把那些正确的词(在语料库中出现过的单词)作为候选词,只能返回 3 个单词: ‘smoothing’, ‘something’ 和 ‘soothing’,如下面的known函数所示。

      要为了使最后得到的结果概率最大,也就是说准确率更高,我们就要选择一种比较的方法。正常来说把一个元音拼成另一个的概率要大于辅音 (因为人常常把 hello 打成 hallo 这样),把单词的第一个字母拼错的概率会相对小,等等这些为了使准确率变高的方式很多。但是为了简单起见,我们选择了一个简单的方法: 编辑距离为1的正确单词比编辑距离为2的优先级高, 而编辑距离为0的正确单词优先级比编辑距离为1的高。

    def known(words): return set(w for w in words if w in NWORDS)
    
    #如果known(set)非空, candidate 就会选取这个集合, 而不继续计算后面的
    def correct(word):
        # Python 惰性求值特性,在这里巧妙的用作优先级选择
        candidates = known([word]) or known(edits1(word)) or known_edits2(word) or [word]
        return max(candidates, key=lambda w: NWORDS[w])

      运行correct函数:

    #appl #appla #learw #tess #morw
    #apply #apply #learn #less #more correct('knon')

      得到结果,上面的测试用例可以自行验证。

    'know'
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