กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 2 นาที

การทำนายแบบมีโครงสร้าง

การทำนายโครงสร้าง หรือ การเรียนรู้เอาต์พุตที่มีโครงสร้าง เป็น คำรวม สำหรับ เทคนิค การเรียนรู้ของเครื่องแบบมี ผู้กำกับดูแล ซึ่งเกี่ยวข้องกับ การทำนาย วัตถุที่มีโครงสร้าง แทนที่จะ...

การทำนายแบบมีโครงสร้าง

การทำนายโครงสร้างหรือการเรียนรู้เอาต์พุตที่มีโครงสร้างเป็นคำรวมสำหรับ เทคนิค การเรียนรู้ของเครื่องแบบมีผู้กำกับดูแล ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำนายวัตถุที่มีโครงสร้าง แทนที่จะ เป็นค่า ที่ไม่ต่อเนื่องหรือค่าจริง[ 1 ]

เช่นเดียวกับเทคนิคการเรียนรู้แบบมีผู้กำกับดูแลที่ใช้กันทั่วไป โมเดลการทำนายที่มีโครงสร้างมักจะได้รับการฝึกฝนโดยใช้ข้อมูลที่สังเกตได้ โดยที่ค่าที่ทำนายได้จะถูกเปรียบเทียบกับค่าความจริงและใช้ค่าความจริงนี้ในการปรับพารามิเตอร์ของโมเดล เนื่องจากความซับซ้อนของโมเดลและความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรที่ทำนายได้ กระบวนการฝึกฝนและการอนุมานของโมเดลจึงมักทำได้ยากในทางคอมพิวเตอร์ ดังนั้นจึง มีการใช้วิธี การอนุมานและการเรียนรู้ โดยประมาณแทน

แอปพลิเคชัน

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้คือปัญหาการแปล ประโยค ภาษาธรรมชาติให้เป็นตัวแทนทางไวยากรณ์ เช่นแผนผังการวิเคราะห์ไวยากรณ์ซึ่งสามารถมองได้ว่าเป็นปัญหาการทำนายแบบมีโครงสร้าง[ 2 ]โดยที่โดเมนเอาต์พุตแบบมีโครงสร้างคือเซตของแผนผังการวิเคราะห์ไวยากรณ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด การทำนายแบบมีโครงสร้างถูกนำไปใช้ในหลากหลายสาขา รวมถึงชีวสารสนเทศศาสตร์การประมวลผลภาษาธรรมชาติ (NLP) การรู้จำเสียงพูดและคอมพิวเตอร์วิชั่น

ตัวอย่าง: การติดแท็กลำดับ

การติดแท็กตามลำดับเป็นปัญหาประเภทหนึ่งที่พบได้บ่อยใน NLP ซึ่งข้อมูลป้อนเข้ามักเป็นแบบเรียงลำดับ เช่น ประโยคข้อความ ปัญหาการติดแท็กตามลำดับปรากฏในหลายรูปแบบ เช่นการติดแท็กส่วนของคำพูด (POS tagging) และการระบุเอนทิตีที่มีชื่อในการติดแท็ก POS ตัวอย่างเช่น แต่ละคำในลำดับจะต้องถูก 'ติดแท็ก' ด้วยป้ายกำกับประเภทที่แสดงถึงชนิดของคำ:

นี้ดีที
เป็นวีบีซี
เอดีที
ติดแท็กเจเจ
ประโยค.เอ็นเอ็น

ความท้าทายหลักของปัญหานี้คือการแก้ไขความกำกวม : ในตัวอย่างข้างต้น คำว่า "sentence" และ "tagged" ในภาษาอังกฤษสามารถเป็นคำกริยาได้ เช่นกัน

แม้ว่าปัญหานี้จะสามารถแก้ไขได้โดยการจำแนกโทเค็นแต่ละรายการแต่แนวทางนี้ไม่ได้คำนึงถึงข้อเท็จจริงเชิงประจักษ์ที่ว่าแท็กไม่ได้เกิดขึ้นอย่างอิสระ แต่ละแท็กแสดงความสัมพันธ์แบบมีเงื่อนไข ที่แข็งแกร่ง กับแท็กของคำก่อนหน้า ข้อเท็จจริงนี้สามารถใช้ประโยชน์ได้ในแบบจำลองลำดับ เช่นแบบจำลองมาร์คอฟที่ซ่อนอยู่หรือฟิลด์สุ่มแบบมีเงื่อนไข[ 2 ]ที่ทำนายลำดับแท็กทั้งหมดสำหรับประโยค (แทนที่จะเป็นเพียงแท็กแต่ละรายการ) ผ่านอัลกอริทึม Viterbi

เทคนิค

แบบจำลองกราฟิกเชิงความน่าจะเป็นเป็นแบบจำลองการทำนายที่มีโครงสร้างประเภทใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครือข่ายเบย์เซียนและฟิลด์สุ่มเป็นที่นิยม อัลกอริทึมและแบบจำลองอื่นๆ สำหรับการทำนายที่มีโครงสร้าง ได้แก่การเขียนโปรแกรมเชิงตรรกะแบบอุปนัย การให้เหตุผลตามกรณี SVM ที่มีโครงสร้างเครือข่ายตรรกะมาร์คอฟตรรกะอ่อนเชิงความน่าจะเป็นและแบบจำลองเงื่อนไขที่มีข้อจำกัดเทคนิคหลักๆ ได้แก่:

เพอร์เซปตรอนที่มีโครงสร้าง

หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจอัลกอริธึมสำหรับการทำนายโครงสร้างทั่วไปคือเพอร์เซปตรอนโครงสร้างโดยคอลลินส์ [ 3 ] อัลกอริธึมนี้รวม อัลกอริธึมเพอ ร์เซปตรอนสำหรับการเรียนรู้ตัวจำแนกเชิงเส้นเข้ากับอัลกอริธึมการอนุมาน (โดยทั่วไป คือ อัลกอริธึม Viterbiเมื่อใช้กับข้อมูลลำดับ) และสามารถอธิบายในเชิงนามธรรมได้ดังนี้:

  1. ขั้นแรก ให้กำหนดฟังก์ชันϕ(x,y){\displaystyle \phi (x,y)}ที่แมปตัวอย่างการฝึกอบรมx{\displaystyle x}และการคาดการณ์ของผู้สมัครy{\displaystyle y}ไปยังเวกเตอร์ที่มีความยาวn{\displaystyle n}(x{\displaystyle x}และy{\displaystyle y}อาจมีโครงสร้างใดก็ได้;n{\displaystyle n}(ขึ้นอยู่กับปัญหา แต่ต้องกำหนดค่าให้คงที่สำหรับแต่ละรุ่น) ให้จีอีเอ็น{\displaystyle GEN}เป็นฟังก์ชันที่สร้างการคาดการณ์ที่เป็นไปได้
  2. แล้ว:
อนุญาต{\displaystyle w}เป็นเวกเตอร์น้ำหนักที่มีความยาวn{\displaystyle n}
สำหรับจำนวนรอบที่กำหนดไว้ล่วงหน้า:
สำหรับตัวอย่างแต่ละชิ้นx{\displaystyle x}ในชุดข้อมูลฝึกฝนที่มีผลลัพธ์ที่แท้จริงที{\displaystyle t}:
ลองทำนายดูสิy^{\displaystyle {\hat {y}}}:y^=เอจีเอx{yจีอีเอ็น(x)}(ที,ϕ(x,y)){\displaystyle {\hat {y}}={\operatorname {arg\,max} }\,\{y\in GEN(x)\}\,(w^{T},\phi (x,y))}
อัปเดต{\displaystyle w}(จากy^{\displaystyle {\hat {y}}}ต่อที{\displaystyle t}):=+ซี(ϕ(x,y^)+ϕ(x,ที)){\displaystyle w=w+c(-\phi (x,{\hat {y}})+\phi (x,t))}, ที่ไหนซี{\displaystyle c}คืออัตราการเรียนรู้

ในทางปฏิบัติ การหาค่า argmax เหนือจีอีเอ็น(x){\displaystyle {GEN}({x})}ทำได้โดยใช้อัลกอริธึม เช่น Viterbi หรือmax-sumแทนที่จะค้นหาอย่างละเอียดถี่ถ้วนผ่านชุดผู้สมัครที่มีขนาดใหญ่เป็นทวีคูณ

แนวคิดเรื่องการเรียนรู้นั้นคล้ายคลึงกับแนวคิดของ เพอร์เซป ตรอนแบบหลายคลาส

  • การนำเพอร์เซปตรอนโครงสร้างของคอลลินส์ไปใช้

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การทำนายแบบมีโครงสร้าง

การทำนายโครงสร้าง หรือ การเรียนรู้เอาต์พุตที่มีโครงสร้าง เป็น คำรวม สำหรับ เทคนิค การเรียนรู้ของเครื่องแบบมี ผู้กำกับดูแล ซึ่งเกี่ยวข้องกับ การทำนาย วัตถุที่มีโครงสร้าง แทนที่จะ...

แอปพลิเคชัน

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้คือปัญหาการแปล ประโยค ภาษาธรรมชาติ ให้เป็นตัวแทนทางไวยากรณ์ เช่น แผนผังการวิเคราะห์ไวยากรณ์ ซึ่งสามารถมองได้ว่าเป็นปัญหาการทำนายแบบมีโครงสร้าง [ 2 ] โดยที่โดเมนเอาต์พุตแบบมีโครงสร้างคือเซตของแผนผังการวิเคราะห์ไวยากรณ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด...

ตัวอย่าง: การติดแท็กลำดับ

การติดแท็กตามลำดับเป็นปัญหาประเภทหนึ่งที่พบได้บ่อยใน NLP ซึ่งข้อมูลป้อนเข้ามักเป็นแบบเรียงลำดับ เช่น ประโยคข้อความ ปัญหาการติดแท็กตามลำดับปรากฏในหลายรูปแบบ เช่น การติดแท็กส่วนของคำพูด (POS tagging) และ การระบุเอนทิตีที่มีชื่อ ในการติดแท็ก POS ตัวอย่างเช่น...

เทคนิค

แบบจำลองกราฟิกเชิง ความน่าจะเป็นเป็นแบบจำลองการทำนายที่มีโครงสร้างประเภทใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครือข่ายเบย์เซียน และ ฟิลด์สุ่ม เป็นที่นิยม อัลกอริทึมและแบบจำลองอื่นๆ สำหรับการทำนายที่มีโครงสร้าง ได้แก่การ เขียนโปรแกรมเชิงตรรกะ แบบอุปนัย การให้เหตุผลตามกรณี...