Machine Learning · Insper · E2.3

Word Embeddings

Abordagem avançada

Outros caminhos até vetores de palavras e até onde confiar na geometria deles

O caminho desta parte

  1. Outros caminhosLSA, GloVe, fastText
  2. Analogias ao microscópioa regra de exclusão; deslocamentos medidos
  3. Viésuma direção de gênero e seus cuidados
Cada etapa responde a uma pergunta: que outros caminhos levam a vetores de palavras densos? → quanto de uma analogia é geometria? → o que os vetores aprenderam sobre pessoas?
Etapa 1 · que outros caminhos levam a vetores de palavras densos?

A mesma compressão em documentos: LSA

Cosseno de pares de palavras antes e depois da SVD da matriz TF-IDF: car/automobile de 0,07 a 0,64, gun/firearm de 0,15 a 0,92; pares sem relação ficam em 0,00–0,01

Análise semântica latente (LSA, Deerwester et al., 1990): SVD (decomposição em valores singulares) truncada da matriz TF-IDF (frequência do termo × frequência inversa nos documentos), 11.314 posts, 100 componentes.

car/automobile 0,07 → 0,64; gun/firearm 0,15 → 0,92; pares sem relação ficam em 0,00–0,01.

Um post inteiro como contexto dá palavras do mesmo assunto (car: nissan, mileage). Uma janela pequena dá palavras do mesmo tipo (car: truck, vehicle).

GloVe e fastText

GloVe (global vectors, Pennington et al., 2014)

De volta à contagem: ajusta vetores cujos produtos escalares aproximam o log das contagens de coocorrência de um corpus enorme.

fastText (Bojanowski et al., 2017)

Uma palavra é a soma dos seus n-gramas de caracteres:

latiu → <la, lat, ati, tiu, iu>, <lat, lati, …

6 pedaços em comum com latido

Uma palavra nunca vista ainda ganha um vetor; as formas flexionadas (latir, latiu, latia) ficam próximas.
Etapa 2 · quanto de uma analogia é geometria?

O truque silencioso: as palavras de entrada ficam de fora

Preveja. O most_similar nunca devolve uma palavra de entrada. Sem essa regra, o que fica mais perto de king − man + woman?

sem excluir nadaas três mais próximas
king − man + womanking 0,89, queen 0,85, throne 0,77
doctor − man + womandoctor 0,90, nurse 0,84, child 0,77
  • "doctor − man + woman = nurse" só aparece porque "doctor" está proibida (Nissim et al., 2020).
  • cos(king − queen, man − woman) = 0,58; um deslocamento sem relação: −0,05.
Analogias são uma regularidade real, mas aproximada.
Etapa 3 · o que os vetores aprenderam sobre pessoas?

Viés: o que os vetores aprenderam sobre pessoas

A média de 8 diferenças (he − she, man − woman, …) dá uma direção de gênero; projete as profissões nela.

receptionist−0,31
nurse−0,30
teacher0,00
engineer0,24
manager0,37
captain0,42

Para referência: she −0,19, he 0,24. Receptionist pende mais para "she" que o próprio "she"; captain mais para "he" que "he".

Os vetores comprimiram quem aparece escrito em qual papel. Um sistema construído sobre eles herda a inclinação; removê-la é um problema em aberto.

Lendo uma tabela de viés com cuidado

a direção é estimada

A partir de 8 pares de palavras. Um par sozinho pode ser ruidoso: "man" projeta em só +0,10.

uma palavra se move por outros motivos

Nas notícias, "captain" é muitas vezes um título esportivo ou militar, não só um papel com gênero.

  • Um sistema que ordena currículos pela similaridade com a descrição de uma vaga herda a inclinação.
  • Remover a direção por projeção (Bolukbasi et al., 2016) mais esconde o viés do que o remove.
Medir é o primeiro passo; remover é um problema em aberto.

Resumo

  1. Um documento inteiro como contexto (LSA) dá vizinhos do mesmo assunto; uma janela pequena dá vizinhos do mesmo tipo.
  2. O GloVe ajusta o log das contagens globais de coocorrência; o fastText monta uma palavra com seus pedaços de caracteres, então palavras nunca vistas ganham vetor e vizinhos de grafia aparecem.
  3. O most_similar exclui as palavras de entrada: boa parte da famosa acurácia das analogias vem de proibir a resposta errada óbvia.
  4. Uma direção de gênero expõe estereótipos que os vetores comprimiram do texto; leia-a com seus cuidados.
Lab avançado · cerca de 25 min, em duplas

Pondo os vetores à prova, passos 6 a 8

  • Mesmo notebook, mesma sessão: os passos usam vocab, pos, chunks, W_svd, W_w2v, W_glove e glove.
  • O teste de analogias (3.732 perguntas), o fastText em palavras nunca vistas e um mapa do espaço com PCA (análise de componentes principais) e t-SNE (t-distributed stochastic neighbor embedding).
  • Simulações: a regra de exclusão em escala (passo 6) e o mapa guarda os vizinhos? (passo 8).

Ritmo: passo 6 e a primeira simulação em 10 min; passo 7 em 6 min; passo 8 e a segunda em 9 min.