笔记转载于GitHub项目:
- 中文分词:指的是将一段文本拆分为一系列单词的过程,这些单词顺序拼接后等于原文本。
- 中文分词算法大致分为基于词典规则与基于机器学习这两大派。
2.1 什么是词
在基于词典的中文分词中,词的定义要现实得多:词典中的字符串就是词。
词的性质--齐夫定律:一个单词的词频与它的词频排名成反比。
2.2 词典
互联网词库(SogouW, 15万个词条)、清华大学开放中文词库(THUOCL)、HanLP词库(千万级词条)
这里以HanLP附带的迷你核心词典为例(本项目路径):data/dictionnary/CoreNatureDictionary.mini.txt
HanLP中的词典格式是一种以空格分隔的表格形式,第一列是单词本身,之后每两列分别表示词性与相应的词频。
2.3 切分算法
首先,加载词典:
完全切分
指的是,找出一段文本中的所有单词。
输出:
输出了所有可能的单词。由于词库中含有单字,所以结果中也出现了一些单字。
正向最长匹配
上面的输出并不是中文分词,我们更需要那种有意义的词语序列,而不是所有出现在词典中的单词所构成的链表。比如,我们希望“北京大学”成为一整个词,而不是“北京 + 大学”之类的碎片。具体来说,就是在以某个下标为起点递增查词的过程中,优先输出更长的单词,这种规则被称为最长匹配算法。从前往后匹配则称为正向最长匹配,反之则称为逆向最长匹配。
输出:
第二句话就会产生误差了,我们是需要把“研究”提取出来,结果按照正向最长匹配算法就提取出了“研究生”,所以人们就想出了逆向最长匹配。
逆向最长匹配
输出:
第一句正确了,但下一句又出错了,可谓拆东墙补西墙。另一些人提出综合两种规则,期待它们取长补短,称为双向最长匹配。
双向最长匹配
这是一种融合两种匹配方法的复杂规则集,流程如下:
- 同时执行正向和逆向最长匹配,若两者的词数不同,则返回词数更少的那一个。
- 否则,返回两者中单字更少的那一个。当单字数也相同时,优先返回逆向最长匹配的结果。
输出:
通过以上几种切分算法,我们可以做一个对比:
上图显示,双向最长匹配的确在2、3、5这3种情况下选择出了最好的结果,但在4号句子上选择了错误的结果,使得最终正确率 3/6 反而小于逆向最长匹配的 4/6 , 由此,规则系统的脆弱可见一斑。规则集的维护有时是拆东墙补西墙,有时是帮倒忙。
2.4 字典树
匹配算法的瓶颈之一在于如何判断集合(词典)中是否含有字符串。如果用有序集合TreeMap)的话,复杂度是o(logn) ( n是词典大小);如果用散列表( Java的HashMap. Python的dict )的话,账面上的时间复杂度虽然下降了,但内存复杂度却上去了。有没有速度又快、内存又省的数据结构呢?这就是字典树。
什么是字典树
字符串集合常用宇典树(trie树、前缀树)存储,这是一种字符串上的树形数据结构。字典树中每条边都对应一个字, 从根节点往下的路径构成一个个字符串。字典树并不直接在节点上存储字符串, 而是将词语视作根节点到某节点之间的一条路径,并在终点节点(蓝色) 上做个标记“该节点对应词语的结尾”。字符串就是一 条路径,要查询一个单词,只需顺着这条路径从根节点往下走。如果能走到特殊标记的节点,则说明该字符串在集合中,否则说明不存在。一个典型的字典树如下图所示所示。
其中,蓝色标记着该节点是一个词的结尾,数字是人为的编号。按照路径我们可以得到如下表所示:
当词典大小为 n 时,虽然最坏情况下字典树的复杂度依然是O(logn) (假设子节点用对数复杂度的数据结构存储,所有词语都是单字),但它的实际速度比二分查找快。这是因为随着路径的深入,前缀匹配是递进的过程,算法不必比较字符串的前缀。
字典树的实现
由上图可知,每个节点都应该至少知道自己的子节点与对应的边,以及自己是否对应一个词。如果要实现映射而不是集合的话,还需要知道自己对应的值。我们约定用值为None表示节点不对应词语,虽然这样就不能插人值为None的键了,但实现起来更简洁。那么字典树的实现参见项目路径(与书上略有不同,我写的比较简洁):code/ch02/trie.py
通过debug运行 trie.py 代码,可以观察到 trie 类的字典树结构:
2.5 基于字典树的其它算法
字典树的数据结构在以上的切分算法中已经很快了,但厉害的是作者通过自己的努力改进了基于字典树的算法,把分词速度推向了千万字每秒的级别,这里不一一详细介绍,详情见书,主要按照以下递进关系优化:
- 首字散列其余二分的字典树
- 双数组字典树
- AC自动机(多模式匹配)
- 基于双数组字典树的AC自动机
2.6 HanLP的词典分词实现
DoubleArrayTrieSegment
DoubleArrayTrieSegment分词器是对DAT最长匹配的封装,默认加载hanlp.properties中CoreDictionaryPath制定的词典。
输出:
去掉停用词
停用词词典文件:data/dictionnary/stopwords.txt
该词典收录了常见的中英文无意义词汇(不含敏感词),每行一个词。
输出:
2.7 GitHub项目
HanLP何晗--《自然语言处理入门》笔记:
项目持续更新中......