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Modelo de tema

En estadística y procesamiento del lenguaje natural , un modelo de temas es un tipo de modelo estadístico para descubrir los "temas" abstractos que aparecen en una colección de documentos. El modelado de temas es una herramienta de minería de textos que se utiliza con frecuencia para descubrir estructuras semánticas ocultas en el cuerpo de un texto. Intuitivamente, dado que un documento trata sobre un tema en particular, se esperaría que aparecieran palabras particulares en el documento con mayor o menor frecuencia: "perro" y "hueso" aparecerán con mayor frecuencia en documentos sobre perros, "gato" y "miau" aparecerán en documentos sobre gatos, y "el" y "es" aparecerán aproximadamente por igual en ambos. Un documento generalmente trata sobre múltiples temas en diferentes proporciones; por lo tanto, en un documento que trata en un 10 % sobre gatos y en un 90 % sobre perros, probablemente habría aproximadamente 9 veces más palabras relacionadas con perros que con gatos. Los "temas" producidos por las técnicas de modelado de temas son grupos de palabras similares. Un modelo de temas captura esta intuición en un marco matemático, que permite examinar un conjunto de documentos y descubrir, basándose en las estadísticas de las palabras de cada uno, cuáles podrían ser los temas y cuál es el balance de temas de cada documento.

Los modelos de temas también se conocen como modelos de temas probabilísticos, que se refieren a algoritmos estadísticos para descubrir las estructuras semánticas latentes de un extenso cuerpo de texto. En la era de la información, la cantidad de material escrito que encontramos cada día simplemente supera nuestra capacidad de procesamiento. Los modelos de temas pueden ayudar a organizar y ofrecer información para que comprendamos grandes colecciones de cuerpos de texto no estructurados. Originalmente desarrollados como una herramienta de minería de texto, los modelos de temas se han utilizado para detectar estructuras instructivas en datos como información genética, imágenes y redes. También tienen aplicaciones en otros campos como la bioinformática [1] y la visión artificial [2] .

Historia

Un modelo de tema temprano fue descrito por Papadimitriou, Raghavan, Tamaki y Vempala en 1998. [3] Otro, llamado análisis semántico latente probabilístico (PLSA), fue creado por Thomas Hofmann en 1999. [4] La asignación de Dirichlet latente (LDA), quizás el modelo de tema más común actualmente en uso, es una generalización de PLSA. Desarrollado por David Blei , Andrew Ng y Michael I. Jordan en 2002, LDA introduce distribuciones previas de Dirichlet dispersas sobre distribuciones de documento-tema y tema-palabra, codificando la intuición de que los documentos cubren una pequeña cantidad de temas y que los temas a menudo usan una pequeña cantidad de palabras. [5] Otros modelos de temas son generalmente extensiones de LDA, como la asignación Pachinko , que mejora LDA al modelar correlaciones entre temas además de las correlaciones de palabras que constituyen los temas. El análisis de árboles latentes jerárquicos (HLTA) es una alternativa al LDA, que modela la coocurrencia de palabras utilizando un árbol de variables latentes y los estados de las variables latentes, que corresponden a grupos blandos de documentos, se interpretan como temas.

Animación del proceso de detección de tópicos en una matriz de documentos y palabras mediante biclustering . Cada columna corresponde a un documento y cada fila a una palabra. Una celda almacena la frecuencia de una palabra en un documento, y las celdas oscuras indican frecuencias altas de palabras. Este procedimiento agrupa documentos que utilizan palabras similares, ya que agrupa palabras que aparecen en un conjunto similar de documentos. Estos grupos de palabras se denominan tópicos. Los modelos de tópicos más habituales, como LDA, solo agrupan documentos, basándose en un mecanismo más sofisticado y probabilístico.

Modelos de temas para información de contexto

Los enfoques para la información temporal incluyen la determinación de Block y Newman de la dinámica temporal de los temas en el Pennsylvania Gazette durante 1728-1800. Griffiths y Steyvers utilizaron el modelado de temas en resúmenes de la revista PNAS para identificar temas que aumentaron o disminuyeron en popularidad entre 1991 y 2001, mientras que Lamba y Madhusushan [6] utilizaron el modelado de temas en artículos de investigación de texto completo recuperados de la revista DJLIT de 1981 a 2018. En el campo de la bibliotecología y la ciencia de la información, Lamba y Madhusudhan [6] [7] [8] [9] aplicaron el modelado de temas en diferentes recursos indios como artículos de revistas y tesis y recursos electrónicos (ETD). Nelson [10] ha estado analizando el cambio en los temas a lo largo del tiempo en el Richmond Times-Dispatch para comprender los cambios y continuidades sociales y políticas en Richmond durante la Guerra Civil estadounidense . Yang, Torget y Mihalcea aplicaron métodos de modelado de temas a periódicos desde 1829 hasta 2008. Mimno utilizó el modelado de temas con 24 revistas sobre filología clásica y arqueología que abarcan 150 años para observar cómo los temas en las revistas cambian con el tiempo y cómo las revistas se vuelven más diferentes o similares con el tiempo.

Yin et al. [11] introdujeron un modelo de temas para documentos distribuidos geográficamente, donde las posiciones de los documentos se explican mediante regiones latentes que se detectan durante la inferencia.

Chang y Blei [12] incluyeron información de red entre documentos vinculados en el modelo de temas relacionales, para modelar los vínculos entre sitios web.

El modelo autor-tema de Rosen-Zvi et al. [13] modela los temas asociados con los autores de los documentos para mejorar la detección de temas para documentos con información de autoría.

Se aplicó HLTA a una colección de artículos de investigación recientes publicados en los principales foros de IA y aprendizaje automático. El modelo resultante se llama The AI ​​Tree. Los temas resultantes se utilizan para indexar los artículos en aipano.cse.ust.hk para ayudar a los investigadores a rastrear las tendencias de investigación e identificar artículos para leer, y ayudar a los organizadores de conferencias y editores de revistas a identificar revisores para presentaciones.

Para mejorar los aspectos cualitativos y la coherencia de los temas generados, algunos investigadores han explorado la eficacia de los "puntajes de coherencia", o de lo contrario, cómo los grupos extraídos por computadora (es decir, los temas) se alinean con un punto de referencia humano. [14] [15] Los puntajes de coherencia son métricas para optimizar la cantidad de temas a extraer de un corpus de documentos. [16]

Algoritmos

En la práctica, los investigadores intentan ajustar los parámetros del modelo apropiados al corpus de datos utilizando una de varias heurísticas para el ajuste de máxima verosimilitud. Una encuesta realizada por D. Blei describe este conjunto de algoritmos. [17] Varios grupos de investigadores, comenzando con Papadimitriou et al. [3], han intentado diseñar algoritmos con garantías demostrables. Suponiendo que los datos fueron realmente generados por el modelo en cuestión, intentan diseñar algoritmos que probablemente encuentren el modelo que se utilizó para crear los datos. Las técnicas utilizadas aquí incluyen la descomposición en valores singulares (SVD) y el método de momentos . En 2012, se introdujo un algoritmo basado en la factorización matricial no negativa (NMF) que también se generaliza a modelos de temas con correlaciones entre temas. [18]

En 2017, se han utilizado redes neuronales en el modelado de temas para acelerar la inferencia, [19] de la que se ha ampliado la versión débilmente supervisada. [20]

En 2018 se propuso un nuevo enfoque para los modelos de temas: se basa en el modelo de bloques estocásticos . [21]

Debido al reciente desarrollo de LLM, el modelado de temas ha aprovechado LLM a través de la integración contextual [22] y el ajuste fino. [23]

Aplicaciones de los modelos de tópicos

Hacia la biomedicina cuantitativa

Los modelos de tópicos también se utilizan en otros contextos. Por ejemplo, han surgido usos de modelos de tópicos en la investigación biológica y bioinformática. [24] Recientemente, los modelos de tópicos se han utilizado para extraer información de conjuntos de datos de muestras genómicas de cánceres. [25] En este caso, los tópicos son variables biológicas latentes que se deben inferir.

Al análisis de la música y la creatividad.

Los modelos temáticos se pueden utilizar para el análisis de señales continuas como la música. Por ejemplo, se utilizaron para cuantificar cómo cambian los estilos musicales a lo largo del tiempo e identificar la influencia de artistas específicos en la creación musical posterior. [26]

Véase también

Referencias

  1. ^ Blei, David (abril de 2012). "Modelos de tópicos probabilísticos". Comunicaciones de la ACM . 55 (4): 77–84. doi :10.1145/2133806.2133826. S2CID  753304.
  2. ^ Cao, Liangliang y Li Fei-Fei. "Modelo de tema latente espacialmente coherente para la segmentación y clasificación simultánea de objetos y escenas". 11.ª Conferencia Internacional sobre Visión por Computador del IEEE de 2007. IEEE, 2007.
  3. ^ ab Papadimitriou, Christos; Raghavan, Prabhakar; Tamaki, Hisao; Vempala, Santosh (1998). "Indexación semántica latente". Actas del decimoséptimo simposio ACM SIGACT-SIGMOD-SIGART sobre Principios de sistemas de bases de datos - PODS '98 . págs. 159-168. doi :10.1145/275487.275505. ISBN 978-0897919968. S2CID  1479546. Archivado desde el original (Postscript) el 9 de mayo de 2013. Consultado el 17 de abril de 2012 .
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Lectura adicional

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