tokenisointiNLPluonnollisen kielen käsittelykoneoppiminentekoälytekstinkäsittely
Alisanatokenisaatio vs. sanatason tokenisaatio
Subword tokenisaatio jakaa tekstin pienempiin yksiköihin, kuten merkkeihin tai merkkijonoihin, kun taas sanatason tokenisaatio jakaa tekstin välilyöntien ja välimerkkien rajoissa. Molemmat lähestymistavat tukevat nykyaikaisia non-lingvistisiä järjestelmiä, mutta ne käsittelevät sanaston kokoa, tuntemattomia sanoja ja morfologista rikkautta hyvin eri tavoin.
Korostukset
Subword-menetelmät vähentävät sanaston kokoa dramaattisesti säilyttäen samalla semanttisen tiedon uudelleenkäytettävien fragmenttien avulla
Sanatason tokenisointi epäonnistuu sujuvasti vain rajoitetuilla aloilla, joilla sanasto voidaan luetella tyhjentävästi
Tavuparikoodaus ja sen variantit ovat käytännössä kaikkien nykyaikaisten suurten kielimallien, kuten GPT:n ja BERT:n, perusta.
Lähestymistapojen valinta riippuu yhä enemmän käyttöönottorajoituksista eikä pelkästään mallin suorituskyvystä
Mikä on Subword Tokenization?
Jakaa tekstin sanoja lyhyempiin, vaihtelevan pituisiin yksiköihin, kuten tavuparin koodaustunnuksiin tai sanaosasegmentteihin.
Tavuparikoodaus (BPE) kehitettiin alun perin tiedon pakkaamiseen, ennen kuin Sennrich ym. sovelsivat sitä NLP:hen vuonna 2016.
BERTin ja muiden Google-mallien käyttämä WordPiece-algoritmi yhdistää symboleja todennäköisyyden eikä frekvenssin perusteella.
SentencePiece toteuttaa alisanojen tokenisoinnin kieliriippumattomana, käsittelemällä tekstiä raakana merkkijonona.
Subword-menetelmät pitävät sanaston koon tyypillisesti 8 000 ja 100 000 merkin välillä, mikä on huomattavasti pienempi kuin sanatason lähestymistavat.
Yksi harvinainen sana, kuten "antidisethmentarianismi", muuttuu useiksi tutuiksi sivusanoiksi, säilyttäen merkityksen symbolisten rajojen yli.
Mikä on Sanatason tokenisointi?
Jakaa tekstin sanarajojen kohdalta käyttämällä välilyöntejä ja välimerkkejä, jolloin kutakin erillistä sanaa käsitellään yhtenä merkkinä.
Sanatason tokenisointi oli varhaisen tilastollisen NLP:n hallitseva lähestymistapa ja on edelleen yleinen yksinkertaisemmissa sovelluksissa.
Tämä menetelmä vaatii usein yli 100 000 tokenia ylittävää sanastoa kattaakseen luonnollisen kielen riittävästi.
Mikä tahansa sana, jota ei ole sanastossa, muuttuu tuntemattomaksi merkiksi, jota edustaa muodossa 'UNK' tai vastaava, menettäen kaiken semanttisen informaation.
morfologisesti rikkaan kielimaailman omaavat kielet, kuten turkki tai suomi, tuottavat valtavan määrän sanavarastoja, mikä tekee sanatason menetelmistä epäkäytännöllisiä
Sanatason tokenisoinnin yksinkertaisuus tekee siitä laskennallisesti tehokasta ja helposti tulkittavaa perustehtävissä
Vertailutaulukko
Ominaisuus
Subword Tokenization
Sanatason tokenisointi
Sanaston koko
8 000–100 000 tokenia
Yleensä yli 100 000 tokenia
Tuntemattomien sanojen käsittely
Hajoaa tunnetuiksi osa-alueiksi
Yhdistää UNK-tokeniin, tietoja menetetään
Morfologisesti rikkaat kielet
Käsittelee agglutinaation ja pahentaa luonnollisesti
Kamppailee räjähdysmäisen sanavaraston kasvun kanssa
Harjoitusdatan tehokkuus
Oppii sanojen alisanojen yhteisesiintymisistä
Vaatii massiivisia korpusia harvinaisten sanojen kattamiseen
Laskennalliset lisäkustannukset
Monimutkaisempi koodaus ja dekoodaus
Yksinkertaisempi ja nopeampi tokenisointi
Edustuksen tarkkuus
Tallentaa morfeemitason merkityksen
Toimii kokonaisten sanojen semantiikalla
Tyypillisiä käyttötapauksia
Neuraalikonekääntäminen, suuret kielimallit
Yksinkertaiset luokittelijat, avainsanojen poiminta, vanhat järjestelmät
Yksityiskohtainen vertailu
Sanaston hallinta ja skaalautuvuus
Alisanamenetelmät loistavat, kun sanaston kasvusta tulee hallitsematonta. Hajottamalla sanat uudelleenkäytettäviksi paloiksi malli voi esittää sanoja 'kävely', 'käveli', 'kävely' ja 'kulkija' yhteisten alayksiköiden kautta neljän itsenäisen alkion sijaan. Sanatason järjestelmät kohtaavat kombinatorisen räjähdyksen jokaisen morfologisen variantin kanssa, pakottaen joko valtavia sanastoja, jotka rasittavat muistia, tai aggressiivista karsimista, joka uhraa kattavuuden.
Harvinaisten ja sanaston ulkopuolisten termien käsittely
Kohdatessaan uuden sanan, kuten 'Covfefe', tai teknisen uudissanan, alisanojen tokenisaattorit pilkkovat sen tunnistettaviksi fragmenteiksi, joilla on osittainen merkitys. Sanatason tokenisaattori yksinkertaisesti kohauttaa olkapäitään ja tuottaa tuntemattoman tokenin, joka käsittelee harvinaisen sairauden nimeä identtisesti kirjoitusvirheen kanssa. Tästä aukosta tulee kriittinen esimerkiksi lääketieteen tai oikeustieteen aloilla, joilla erikoisterminologiaa on runsaasti, mutta sitä esiintyy harvoin harjoitusdatassa.
Kielienvälinen sovellettavuus
Kielet konstruoivat merkityksen eri tavoin, ja aliasanoihin perustuvat lähestymistavat sopeutuvat tähän monimuotoisuuteen sulavammin. Saksan tunnetusti pitkät yhdyssanat, arabian sanajuurten ja -kuvioiden kietoutuminen sekä japanin sekakirjoitusjärjestelmät haastavat kaikki sanatason oletuksia. Alisanatokenisointi ei poista näitä haasteita, mutta tarjoaa yhtenäisemmän viitekehyksen, joka vaatii vähemmän kielikohtaista suunnittelua.
Laskennalliset kompromissit
Yksinkertaisuudella on painoarvoa tuotantoympäristöissä. Sanatason tokenisointi vaatii minimaalista esikäsittelyä ja vastaa siististi upotushakuja. Alisanamenetelmät monimutkaistavat koodausprosessia, vaativat pidempiä sekvenssejä samalle tekstille ja tarvitsevat alkuperäisten sanojen rekonstruoinnin fragmenteista. Suuritehoisissa sovelluksissa, joissa on rajoitettu sanastoalue, tämä lisäkuorma ei välttämättä oikeuta hyötyjä.
Tulkittavuus ja virheenkorjaus
On intuitiivisen tyydyttävää nähdä 'kuningas' yhtenä merkkinä ['k', 'ing'] tai ['kin', 'g'] sijaan. Sanatason rajat ovat linjassa sen kanssa, miten ihmiset havaitsevat kielen, mikä tekee virheanalyysistä suoraviivaisempaa. Alisanatulokset voivat hämmentää jopa kokeneita kielenkäyttäjiä, kun jakoja tapahtuu odottamattomissa kohdissa, vaikka visualisointityökalut ovat parantuneet huomattavasti.
Hyödyt ja haitat
Subword Tokenization
Plussat
+Käsittelee tuntemattomia sanoja tyylikkäästi
+Pienempi sanavarasto
+Toimii eri kielillä
+Taltioi morfologiset kuviot
+Parempi harvinaisille termeille
Sisältö
−Pidemmät merkkijonot
−Monimutkaisempi toteutus
−Hitaampi tokenisointinopeus
−Jakaumat voivat olla epäintuitiivisia
−Jälleenrakennuskustannukset
Sanatason tokenisointi
Plussat
+Helppo toteuttaa
+Nopea käsittely
+Intuitiiviset rajat
+Suorat sanojen upotukset
+Helppo virheenkorjaus
Sisältö
−Massiivinen sanaston kasvu
−UNK-token-tietojen menetys
−Huono morfologisille kielille
−Vaatii valtavasti harjoitusdataa
−Rajoitettu verkkotunnusten välinen siirto
Yleisiä harhaluuloja
Myytti
Subword tokenization on merkkitason tokenization lisävaiheilla.
Todellisuus
Vaikka molemmat toimivat sanatason alapuolella, aliasanamenetelmät, kuten BPE ja WordPiece, tunnistavat tilastollisesti merkityksellisiä yksiköitä, jotka usein vastaavat morfeemeja tai tavuja. Merkkien tokenisointi käsittelee 'th':n ja 'ing':n mielivaltaisina sarjoina, kun taas aliasanamenetelmät oppivat nämä toiminnallisina yksiköinä korpusanalyysin avulla.
Myytti
Sanatason tokenisointi on vanhentunutta eikä sitä tule koskaan käyttää.
Todellisuus
Monet tuotantojärjestelmät käyttävät edelleen sanatasoisia lähestymistapoja, erityisesti kapeilla aloilla, joilla on kontrolloituja sanastoja, kuten lääketieteellinen koodaus tai oikeudellinen luokittelu. Yksinkertaisuuden ja nopeuden edut ovat edelleen relevantteja, kun ongelma-avaruus ei vaadi alisanamenetelmien joustavuutta.
Myytti
Alasanojen tokenisointi ratkaisee sanaston loppumisongelman kokonaan.
Todellisuus
Subword-menetelmät vähentävät, mutta eivät poista OOV-ongelmia. Erittäin harvinaiset nimet, uudet emoji-yhdistelmät tai omaleimaiset kirjoitusasut voivat silti hajota merkityksettömiksi paloiksi. Parannus on huomattava verrattuna sanatason lähestymistapoihin, mutta täydellinen kattavuus on edelleen saavuttamatta.
Myytti
Kaikki modernit NLP-mallit käyttävät samaa alialgotriittia.
Todellisuus
Lähestymistapamalliin kuuluvat BPE, WordPiece, SentencePiece, Unigram-tokenisaatio ja uudemmat lähestymistavat, kuten BPE-dropout. Jokainen tekee erilaisia kompromisseja sanaston koon, sekvenssin pituuden ja kielellisen uskottavuuden välillä. GPT-mallit käyttävät tyypillisesti BPE:tä, BERT käyttää WordPiecea ja T5 käyttää SentencePiecea.
Myytti
Tokenisointivalinnalla on minimaalinen vaikutus mallin suorituskykyyn.
Todellisuus
Tokenisointi vaikuttaa suoraan siihen, mitä malli voi oppia, kuinka tehokkaasti se kouluttaa ja miten se yleistyy. Huono tokenisointi voi pirstaloida toisiinsa liittyviä käsitteitä tai sekoittaa erillisiä merkityksiä, mikä luo perustavanlaatuisia esitysrajoituksia, joita mikään mallin kapasiteetti ei täysin ylitä.
Usein kysytyt kysymykset
Mitä on tokenisointi NLP:ssä ja miksi sillä on merkitystä?
Tokenisointi muuntaa raakatekstin erillisiksi yksiköiksi, joita koneoppimismallit voivat käsitellä. Se on perustavanlaatuinen vaihe, joka määrittää, miten kieli esitetään numeerisesti, ja vaikuttaa kaikkeen sanaston koosta siihen, mitä semanttisia suhteita malli voi tallentaa. Huono tokenisointi luo kohinaa ja monitulkintaisuutta, joka leviää koko prosessiin.
Miten tavuparikoodaus oikeastaan toimii?
BPE aloittaa merkkitason sanastolla ja yhdistää iteratiivisesti yleisimmät vierekkäiset parit harjoituskorpuksessa. Tuhansien yhdistämisten jälkeen yleiset alijonot, kuten 'th' tai 'ing', nousevat esiin yksittäisinä merkeinä, kun taas harvinaiset sanat pysyvät hajotettavissa osiin. Tämä ahne frekvenssipohjainen lähestymistapa tunnistaa tehokkaasti uudelleenkäytettävät kuviot ilman kielioppista valvontaa.
Miksi alisanojen tokenisaatiosta tuli vallitsevaa vuoden 2016 jälkeen?
Neuroverkkoarkkitehtuurit kehittyivät kyvykkäämmiksi, mutta niiden menestys riippui sanaston hallinnasta upotusmatriisirajoitusten puitteissa. Sennrichin osoitus siitä, että aivojen käännökset (BPE) vastasivat sanatason suorituskykyä sanaston murto-osassa, osui samaan aikaan syväoppimisen nousun kanssa käännösalalla, mikä loi tarpeen ja ratkaisun lähentymisen.
Voiko sanatason tokenisaatiota käyttää transformer-mallien kanssa?
Teknisesti kyllä, vaikkakin se on epätavallista. Transformer-arkkitehtuuri itsessään on agnostinen tokenisoinnin suhteen, mutta esikoulutetut tarkistuspisteet käyttävät yleisesti aliansatomeja. Sanatasolle palaaminen vaatisi alusta asti tapahtuvaa koulutusta mukautetuilla hyperparametreilla ja todennäköisesti suoriutuisi heikommin sanastorajoitusten vuoksi.
Miten valitset sanaston koon alisanojen tokenisointia varten?
Tämä tarkoittaa sekvenssin pituuden ja rakeisuuden tasapainottamista. Pienemmät sanastot tuottavat pidempiä sarjoja, joissa on enemmän yhteisiä tokeneita, kun taas suuremmat sanastot lähestyvät sanamaista käyttäytymistä. Yleinen käytäntö käyttää 32 000–50 000 merkkiä yleisiin malleihin, vaikka monikieliset järjestelmät saattavat käyttää yli 100 000 merkkiä erilaisten kirjoitusjärjestelmien ja morfologisten mallien mukauttamiseksi.
Mitä tapahtuu, kun alisanojen tokenisointi kohtaa täysin uuden skriptin tai symbolin?
Nykyaikaiset toteutukset, kuten SentencePiece, käyttävät tavu- tai UTF-8-merkkien esitystapaa varmistaen, että jokainen syöte vastaa tunnettuja tokeneita. Tämä varmistustapa takaa prosessoinnin jatkuvuuden, vaikka todella uusien symbolien semanttinen esitys pysyy heikkona, kunnes ne altistuvat riittävästi harjoittelun tai hienosäädön aikana.
Onko englannin ja kiinan tokenisoinnin välillä eroa?
Englannin kielen välilyöntien käyttö tekee sanarajoista suhteellisen selkeitä, kun taas kiinan kieli vaatii eksplisiittistä segmentointia tai merkkipohjaisia lähestymistapoja. Alisanamenetelmät mukautuvat molempiin, mutta opitut tilastolliset mallit eroavat huomattavasti toisistaan. Kiinan alisanasto sisältää usein useita yksittäisiä kirjaimia sisältäviä merkkejä kirjoitusjärjestelmän logografisen luonteen vuoksi.
Miten tokenisointi vaikuttaa mallin oikeudenmukaisuuteen ja vinoumaan?
Tokenisointi voi koodata tai vahvistaa vinoumia nimien, murteiden tai kulttuuritermien esitystavan kautta. Esimerkiksi afroamerikkalainen kansanenglanti saattaa tokenisoida vähemmän tehokkaasti kuin tavallinen amerikanenglanti malleissa, jotka on koulutettu pääasiassa valtavirran korpusten avulla, mikä tehokkaasti rasittaa tiettyjen kielivarianttien käsittelyä.
Mitä käytännön eroja BPE:n ja WordPiecen välillä on?
BPE-yhdistämiset perustuvat raakafrekvenssimääriin, kun taas WordPiece valitsee yhdistämiset, jotka maksimoivat harjoitusdatan todennäköisyyden. Käytännössä molemmat tuottavat suurin piirtein samanlaista sanastoa, mutta WordPiece pyrkii välttämään erittäin harvinaisia yhdistelmiä. BERT:n WordPiece-toteutus sisältää myös erityisen käsittelyn jatkuville '##'-etuliitteillä varustetuille alisanoille.
Miten tokenisointia käsitellään tuotantojärjestelmissä?
Tuotanto vaatii johdonmukaisuutta koulutuksen ja päättelytokenisoinnin välillä, tokenisoivien artefaktien versionhallintaa sekä esikäsittelyn, kuten normalisoinnin ja pienten kirjainten käytön, huolellista käsittelyä. Tässä esiintyvät epäjohdonmukaisuudet aiheuttavat hienovaraisia, vaikeasti virheenkorjattavia virheitä. Kirjastot, kuten Hugging Face Transformers, tarjoavat standardoidun serialisoinnin näiden riskien lieventämiseksi.
Onko olemassa vaihtoehtoja alisanojen ja sanatasojen tokenisoinnille?
Viimeaikaiset tutkimukset tarkastelevat tavutason malleja, morfologisia analysaattoreita ja jopa tokenisaatiovapaita lähestymistapoja, jotka toimivat suoraan raakatekstitavujen tai -pikseleiden kanssa. Nämä ovat edelleen pitkälti kokeellisia, mutta lupaavat poistaa joitakin mielivaltaisia päätöksiä nykyisistä käsittelyprosesseista. Ala kehittyy jatkuvasti laskennallisten rajoitusten muuttuessa.
Miten tokenisointi vaikuttaa mallin tulkittavuuteen?
Sanatason tulosteet ovat linjassa ihmisen kielitieteellisen intuition kanssa, mikä helpottaa huomion visualisointien ja ominaisuusanalyysin käyttöä. Alisanatason tulosteet vaativat lisätyökaluja token-tason tiedon yhdistämiseksi takaisin sanan merkitykseksi. Tämä yhdistäminen tuo monimutkaisuutta, mutta siitä on tullut vakiokäytäntö mallien selityskehyksissä.
Tuomio
Valitse alisanojen tokenisointi nykyaikaisille neuroverkoille, monikielisille sovelluksille ja alueille, joilla on kehittyvä sanasto. Käytä sanatason lähestymistapoja vanhoissa järjestelmissä, resurssirajoitteisissa ympäristöissä tai ongelmissa, joissa sanasto on luonnostaan rajallinen ja tulkittavuus on tärkeintä.