Luận Văn Mô hình maximum entropy

TÊN ĐỀ TÀI: Mô hình maximum entropy
Information
[TABLE]
[TR]
[TD="width: 5%"][/TD]
[TD="width: 90%"]TÓM TẮT NỘI DUNG
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu cầu sử dụng Internet của tất cả mọi người trên thế giới đã làm tăng vọt lượng thông tin giao dịch trên Internet. Vì vậy mà số lượng văn bản xuất hiện trên Internet tăng nhanh chóng mặt cả về số lượng và chủ đề. Với khối lượng thông tin đồ sộ như vậy, để tìm được những thông tin cần thiết cho mục đích của chúng ta sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức. Một câu hỏi được đặt ra, làm thế nào có thể tổ chức và tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất? Và câu trả lời hợp lý cho câu hỏi trên là phân loại thông tin tự động bằng máy tính.
Trong luận văn này, em tập trung tìm hiểu về mô hình cực đại entropy và áp dụng mô hình để xây dựng chương trình phân loại văn bản Tiếng Việt tự động dựa trên tập dữ liệu huấn luyện. Từ đó hướng tới việc xây dựng chương trình chặn nội dung web bằng việc phân tích nội dung web.
Hiện nay, việc kiểm soát truy cập Internet vẫn chưa đạt được hiệu quả tốt. Những trang web với nội dung xấu vẫn được truy cập rất dễ dàng mà không có bất kỳ sự kiểm soát nào. Với chương trình chặn nội dung web, em hy vọng có thể giúp ngăn chặn được những trang web có nội dung xấu. Bên cạnh đó, cũng giúp mọi người có thể lọc ra được những trang web có nội dung phù hợp với nhu cầu của từng người trong những lĩnh vực riêng biệt.
Mục lục
Chương 1: Tổng quát 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Giới thiệu mô hình cực đại entropy 2
1.3 Mục tiêu của luận văn 3
Chương 2: Các phương pháp phân loại văn bản 5
2.1 Cái nhìn tổng quát về các phương pháp phân loại văn bản 5
2.2 Mô tả bài toán phân loại văn bản 5
2.3 Biểu diễn văn bản 6
2.4 Các phương pháp phân loại văn bản 7
2.4.1 Naïve Bayes (NB) 7
2.4.2 k-Nearest Neighbor (kNN) 8
2.4.3 Linear Least Square Fit (LLSF) 9
2.4.4 Support Vector Machine (SVM) 10
Chương 3: Mô hình cực đại entropy 12
3.1 Tổng quát mô hình cực đại entropy 12
3.2 Mô hình cực đại entropy 15
3.2.1 Dữ liệu huấn luyện 15
3.2.2 Thống kê, đặc trưng và ràng buộc 16
3.2.3 Nguyên lý cực đại entropy 17
3.2.4 Tham số hình thức 18
3.2.5 Mối quan hệ với cực đại Likelihood 20
3.2.6 Tính các tham số 20
3.3 Lựa chọn đặc trưng 22
3.3.1 Ý nghĩa của việc lựa chọn đặc trưng 22
3.3.2 Cơ sở lựa chọn đặc trưng 24
3.3.3 Giá trị gần đúng 26
Chương 4: Thực nghiệm phân loại văn bản 29
4.1 Thống kê kết quả thực nghiệm 29
4.2 Các thành phần và chức năng của chương trình 33
4.2.1 Chức năng huấn luyện 34
4.2.2 Chức năng kiểm thử 36
4.2.3 Chức năng gán nhãn 37
4.3 Ứng dụng chặn nội dung web 39
4.3.1 Kỹ thuật lọc web Blue Coat 39
4.3.2 Chức năng ứng dụng chặn nội dung web 40
Chương 5: Kết luận 44
5.1 Kết quả đạt được 44
5.2 Những hạn chế và hướng giải quyết 45
Tài liệu tham khảo 46
Phụ lục 48

Chương 1: Tổng quát
1.1 Đặt vấn đề
Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin hiện nay, các tài liệu giấy dần được số hóa thành các dạng tài liệu được lưu trữ trên máy tính thay thế cho những tài liệu giấy cồng kềnh. Tài liệu số với những ưu điểm gọn nhẹ, dễ bảo quản, lưu trữ được lâu, dễ dàng chia sẻ với bạn bè, có thể sửa đổi . đã ngày càng trở nên phổ biến và tiện dụng. Vì vậy mà số lượng tài liệu số tăng nhanh đến chóng mặt. Với ¬¬¬¬một khối lượng lớn các tài liệu số như vậy, làm cách nào chúng ta có thể lọc ra được những tài liệu thực sự cần thiết cho một mục đích nào đó của chúng ta?
Câu trả lời đó là phân loại văn bản tự động! Một chương trình có thể tự động phân loại văn bản theo các chủ đề cụ thể. Khi đó sẽ giúp chúng ta giới hạn được nội dung của tài liệu theo đúng mục đích sử dụng. Với một khối lượng khổng lồ các tài liệu số. Thì việc phân loại văn bản tự động sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức tìm kiếm.
Theo Yang & Xiu (1999), “Việc phân loại văn bản tự động là việc gán các nhãn phân loại lên một văn bản mới dựa trên mức độ tương tự của văn bản đó so với các văn bản đã được gán nhãn trong tập huấn luyện”.
Dựa trên thống kê của Yang & Xiu và các tài liệu khác, một số phương pháp phân loại thông dụng hiện nay là: Naïve Bayes [Baker & Mccallum, 2000], k-Nearest Neighbor [Yang, 1994], Linear Least Squares Fit [Yang & Chute, 1994], Support Vector Machine [Joachims, 1998] , 1998], Maximum Entropy [Berger, 1996 và Della Pietra, 1997]. Các phương pháp đều dựa vào xác suất thống kê hoặc thông tin về trọng số của từ trong văn bản. Chi tiết về các phương pháp sẽ được trình bày trong chương 2.
Trong phân loại văn bản tiếng Anh, kết quả phân loại là rất khả quan. Còn đối với tiếng Việt vẫn còn nhiều hạn chế. Hạn chế về mặt ngôn ngữ: Tiếng Anh định nghĩa từ là một tập hợp các ký tự có nghĩa và chúng được tách biệt với nhau bởi khoảng trắng. Ví dụ: this, house, wonderland, pacific . Do đó việc tách từ đối với tiếng Anh là rất đơn giản. Tuy nhiên, với tiếng Việt thì việc xác định các từ trở nên khó khăn hơn. Các từ không phải được xác định dựa vào khoảng trắng mà nó phụ thuộc vào ngữ cảnh. Ví dụ các từ sau: “thế giới”, “tiền”, “chiến binh”, “quyển sách” . Hạn chế về tập dữ liệu huấn luyện và kiểm thử chuẩn .
Tuy nhiên cũng đã có nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này và đạt được những kết quả ban đầu như [Huỳnh Quyết Thắng và Đinh Thị Phương, 1999], [Nguyễn Linh Giang và Nguyễn Mạnh Hiển, 2005]. Các hướng tiếp cận bao gồm: lý thuyết đồ thị [Đỗ Bích Diệp, 2004], sử dụng lý thuyết tập thô [Nguyễn Ngọc Bình, 2004], thống kê [Nguyễn Linh Giang và Nguyễn Duy Hải, 1999], học không giám sát và đánh chỉ mục [Huỳnh Quyết Thắng và Đinh Thị Phương, 1999].
Luận văn là một đóng góp tiếp tục trong việc nghiên cứu lý thuyết và phát triển các hệ thống thực nghiệm cho việc phân loại văn bản tiếng Việt. Phương pháp phân loại được nghiên cứu trong luận văn là mô hình cực đại entropy [Berger, 1996 và Della Pietra, 1997].
1.2 Giới thiệu mô hình cực đại entropy
Mô hình cực đại entropy là phương pháp phân loại văn bản được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của xử lý ngôn ngữ tự nhiên như: ngôn ngữ mô hình hóa [Chen và Rosenfeld, 1999], gán nhãn từ loại [Ratnaparkhi, 1996], phân loại văn bản [Beeferman, 1999].
Mô hình cực đại entropy là kỹ thuật dùng để đánh giá phân phối xác suất của dữ liệu văn bản. Tư tưởng chính của phương pháp là những gì chưa biết hoặc không rõ ràng thì không có bất kỳ giả định gì (cực đại hóa độ hỗn loạn). Tức là áp đặt một phân phối đều lên các sự kiện chưa biết. Dữ liệu đã được gán nhãn được sử dụng để lấy ra tập các ràng buộc cho mô hình mà nó mô tả đặc điểm riêng cho từng lớp cụ thể có thể được gán cho văn bản cần phân lớp. Cuối cùng, thuật toán IIS sẽ tìm ra phân phối mà nó thỏa mãn các ràng buộc đã đưa ra và thỏa mãn cực đại entropy với phân phối xác suất là đều nhất.
Để có thể áp dụng được thật toán IIS trên văn bản cần phân lớp. Bước đầu tiên cần phải thực hiện là chuyển văn bản đang ở dạng chuỗi các ký tự thành các vector đặc trưng.
Một yếu tố trong quá trình huấn luyện của mô hình cực đại entropy chính là việc lựa chọn các vector đặc trưng cho từng lớp. Các vector đặc trưng này phải miêu tả được đầy đủ nhất tính riêng biệt của từng lớp và phải có khả năng phân loại giữa các lớp với nhau. Mô hình cực đại entropy có được tối ưu hay không là phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn này.
Ưu điểm lớn nhất của mô hình cực đại entropy là tính mềm dẻo của mô hình: nó cung cấp một hệ thống các quy luật có tính thống kê ngẫu nhiên để bổ sung các cú pháp, ngữ nghĩa và căn cứ vào các vector đặc trưng. Tuy nhiên, mô hình cực đại entropy đòi hỏi một chi phí khá lớn cho việc tính toán để ước lượng chính xác các tham số của mô hình. Trong khi đó mô hình có hàng trăm hàng ngàn thông số. Tuy nhiên, với khả năng mạnh mẽ của máy tính hiện nay thì đó không hẳn là vấn đề. Hiện tại có khá nhiều các thuật toán dùng để ước lượng các thám số như: Generalized Iterative Scaling (GIS) và Improved Iterative Scaling (IIS), cũng như Igradient ascent, conjugate gradient. Trong luận văn này sử dụng thuật toán IIS.
1.3 Mục tiêu của luận văn
Nguyên cứu một số phương pháp phân loại văn bản tiếng Anh như: Naïve Bayes [Baker & Mccallum, 2000], k-Nearest Neighbor [Yang, 1994], Linear Least Squares Fit [Yang & Chute, 1994], Support Vector Machine [Joachims, 1998] , 1998], mô hình cực đại Entropy [Berger, 1996 và Della Pietra, 1997]. Từ những phương pháp đó, lựa chọn phương pháp áp dụng cho phân loại văn bản tiếng Việt.
Phương pháp phân loại văn bản tiếng Việt được sử dụng trong luận văn là mô hình cực đại Entropy [Berger, 1996 và Della Pietra, 1997]. Phần lý thuyết của mô hình trình bày về cách biểu diễn của dữ liệu huấn luyện. Các khái niệm về thống kê, đặc trưng và ràng buộc. Nguyên lý hoạt động của mô hình cực đại entropy. Tham số hình thức và cách tính toán các tham số đó. Ý nghĩa và cơ sở của việc lựa chọn các đặc trưng sao cho hiệu quả nhất. Từ đó áp dụng lý thuyết vào bài toán phân loại văn bản tiếng Việt và ứng dụng chặn nội dung web trên cơ sở phân loại nội dung trang web (dựa vào bài toán phân loại văn bản).
Để hiểu sâu sắc thuật toán, luận văn đề ra mục tiêu xây dựng từ đầu thuật toán mô hình cực đại entropy (chương trình phân loại văn bản tiếng Việt) cũng như ứng dụng chặn nội dung web. Trong đó, chương trình phân loại văn bản tiếng Việt sẽ có đầy đủ các chức năng như: huấn luyện, kiểm thử và gán nhãn. Với ứng dụng chặn nội dung web. Do giới hạn về mặt thời gian và điều kiện nên luận văn mới chỉ dừng lại ở mức: phân tích những địa chỉ url mà người dùng nhập vào trình duyệt Internet Explorer rồi đưa ra quyết định nên chặn hay cho phép người dùng truy cập vào trang web đó. Mục đích cuối cùng là hướng tới xây dựng chương trình có khả năng ngăn chặn những trang web có nội dung xấu và giúp người dùng phân loại nội dung của các trang web với các chủ đề khác nhau. Việc phân loại giúp người dùng tìm kiếm thông tin dễ dàng và nhanh chóng hơn. Và cũng giúp tránh được những trang web với nội dung không phù hợp.[/TD]
[/TR]
[/TABLE]



​