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N-Gram模型时大词汇连续语音识别中常用的一种语言模型,对中文而言,我们称之为汉语语言模型(CLM, Chinese Language Model)。汉语语言模型利用上下文中相邻词间的搭配信息,在需要把连续无空格的拼音、笔画,或代表字母或笔画的数字,转换成汉字串(即句子)时,可以计算出最大概率的句子,从而实现从到汉字的自动转换,无需用户手动选择,避开了许多汉字对应一个相同的拼音(或笔画串、数字串)的重码问题。
该模型基于这样一种假设,第n个词的出现只与前面n-1个词相关,而与其它任何词都不相关,整句的概率就是各个词出现的概率的乘积。这些概率可以通过直接从语料中统计n个词同时出现的次数得到。常用的是二元的Bi-Gram和三元的Tri-Gram。
在介绍N-Gram模型之前,我们先来做个香农游戏(Shannon Game)。我们给定一个词,然后猜测下一个词是什么。当我说“艳照门”这个词时,你想到的下一个词时什么?我想大家很有可能会想到“陈冠希”,基本上不会有人想到“陈志杰”吧。N-Gram模型的主要思想就是这样的。
对于一个句子T,我们怎么计算它出现的概率呢?假设T是由词序列W1, W2, …, Wn组成的,那么P(T)=P(W1W2…Wn)=P(W1)P(W2|W1)P(W3|W1W2)…P(Wn|W1W2…Wn-1)。
但是这种方法存在两个致命的缺陷:
一个缺陷是参数空间过大,不可能实用化;另外一个缺陷是数据稀疏严重。
为了解决这个问题,我们引入马尔科夫假设:
一个词的出现仅仅依赖于它前面出现的一个或者有限的几个词。
如果一个词的出现仅仅依赖于它前面出现的一个词,我们就称之为Bi-Gram。即:
P(T)=P(W1W2…Wn)=P(W1)P(W2|W1)P(W3|W1W2)…P(Wn|W1W2…Wn-1)
≈P(W1)P(W2|W1)P(W3|W2)…P(Wn|Wn-1)
如果一个词的出现仅依赖于它前面出现的两个词,那么我们称之为Tri-Gram。在实践中用的最多的就是Bi-Gram和Tri-Gram,而且效果不错,高于四元的用的很少,因为训练它需要更庞大的语料,而且数据稀疏严重,时间复杂度高,精确度却提高的不多。
那么我们怎么样才能够得到P(Wn|W1W2…Wn-1)呢?一种简单的估计方法就是最大似然估计。即:
P(Wn|W1W2…Wn-1)=C(W1W2…Wn)/C(W1W2…Wn-1)
剩下的工作就是在训练语料库中数数儿了,即统计序列W1W2…Wn出现的次数和W1W2…Wn-1出现的次数。
下面我们用Bi-Gram举个例子,假设语料库总词数为13748,
这里还有一个问题要说:那就是数据稀疏问题!假设词表中有20000个词,如果采用Bi-Gram模型,则可能的N-Gram就有400000000个,如果是Tri-Gram,那么可能的N-Gram就有8000000000000个!那么对于其中的很多词对的组合,在语料库中都没有出现,根据最大似然估计得到的概率将会是0,这会造成很大的麻烦,在算句子的概率时一旦其中的某项为0,那么整个句子的概率就会为0,最后的结果时,我们的模型只能算可怜兮兮的几个句子,而大部分的句子算得的概率时0。因此,我们要进行数据平滑(Data Smoothing),数据平滑的目的有两个:一个是使所有的N-Gram概率之和为1,使所有的N-Gram概率都不为0。