一个只关心自己的人只能做出很小的成就。
-- 本杰明·富兰克林
你好，我是码财使者。
今天继续聊聊 AI 相关的话题。
问题
在之前的 【AIGC·真相】游戏人初摸AI配音：whisper语音识别 一文中，我们尝试用语音识别出对应的文本。实际测试下来，还是有一些文本识别的没有那么准确。
好在我们有所有音频的原始文本，只是和音频没有一一对应上。那现在的问题也比较清楚了: 就是找出音频对应的原始文本。
于是，我又开始研究，发现要实现我的功能，需要一种叫做文本相似度识别的技术。
对文本相似度的调研
解决方案是什么？
那么，应该如何计算两段文本的相似度呢？第一反应，人们一般很难想到比较合适的方法。利用字符串比较？似乎太简单了点。
咱们先暂时抛开上面这个问题，看看AI人工智能在解决问题时是采用什么样的思路：
上图总结起来就是：
- 世界上有很多问题，只有一小部分是数学问题
- 在数学问题里，只有一小部分是有解的
- 在有解的问题中，只有一部分是理想状态的图灵机可以解决的
- 在后一部分（图灵机可解决的部分），又只有一部分是今天的计算机可以解决的
- 而 AI 可以解决的问题，又只是计算机可以解决问题的一部分。
因此，我们首先需要将现实中的问题转化为一个数学问题，然后再对数学问题求解：
文本相似度的问题，恰好属于AI可以解决的问题，因此也类似的需要先转化为数学问题。
具体来说，我们解决这个问题需要经过如下的步骤：
- 首先通过文本表示方法，将原始文本转化为计算机可以理解的数学表示，也就是文本表示模型；
- 在文本表示模型的基础上，再根据相似度度量的算法，计算出相似度；
当然，文本在转化成数学上可以表示的事物前，还需要对其做下分词处理：因为文本是一种非结构化的数据，要先将其转化为结构化的数据，之后再转化为数学问题。
分词
分词是 [自然语言理解 -- NLP] 的重要步骤。
所谓分词，就是将句子、段落、文章这种长文本，分解为以词语为单位的数据结构，方便后续的处理分析工作。
以下是一个中文分词的实际例子：
原始文本： "我喜欢玩星际争霸这款游戏"
分词结果： "我 / 喜欢 / 玩 / 星际 / 争霸 / 这款 / 游戏"
分出来的每个词基本都能表示一个有意义的最基本单元。
如果词语太短，如 "游戏" 分成了 "游" 和 "戏", "戏" 就容易引起歧义，是 "游戏" 的 "戏" 还是 "唱戏" 的 "戏" ?
如果分的太长，比如整个句子作为一个单位来比较，句子的意思就过于复杂，基本不会有相似的情况，相似度匹配就会失败。
因此通过分词算法将文本先划分成合适的词汇单元，是一个优先要做的步骤。
文本表示模型
文本表示模型用于将文本转换为计算机可以理解和处理的形式（数学问题模型）。不同的文本表示模型捕捉了不同层次的语义信息和结构特征。
以下是一些常见的文本表示模型：
模型1：词袋模型（Bag-of-Words，BoW）
词袋模型中的这个袋子就是词语（分词后的基本单元）的集合。很容易想象，袋子里就是一堆词汇，每段文本分词后的词语就被丢进这个袋子中。
实际使用时，袋子中的所有词语排成一列，每个词语一个坑。于是一段文本就可以用这一列坑来表示：如果袋子中的词语不在这段文本中，对应坑的位置就是0，否则就是该词语在袋子中出现的次数。例如：
文本1： "这个苹果很好吃，非常甜。"
文本2： "那个橘子很新鲜，非常酸。"
首先，我们需要将这两个文本进行分词，将每个文本划分成词语的序列：
文本1分词结果： "这个 / 苹果 / 很 / 好吃 / 非常 / 甜"
文本2分词结果： "那个 / 橘子 / 很 / 新鲜 / 非常 / 酸"
袋子： ["这个", "苹果", "很", "好吃", "非常", "甜", "那个", "橘子", "新鲜", "酸"]
然后，对于每个文本，我们统计每个词语在该文本中的出现次数，并将其转化为向量形式。
以文本1为例，它可以表示为以下向量：[1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0]，因为组成文本1的6个词语在袋子中都分别出现了1次，对应的值就是1，而袋子中剩余的词汇都没出现在文本1中，因此是0。
同样地，文本2可以表示为以下向量：文本2向量表示： [0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 1]。
模型2：TF-IDF向量
TF-IDF（Term Frequency-Inverse Document Frequency）是一种用于衡量词语在文本集合中重要性/关键性的方法。
前面我们说过，分词可以将一个文本分成多个词语，每个词语对于文本来说，重要性/关键性肯定不一样。
比如，"这个 / 苹果 / 很 / 好吃 / 非常 / 甜" 这几个词语中，"苹果"、"好吃"、"甜" 就是关键词，最能代表这段文本的意思。
如果两段文本的关键词/重要词语基本相同，是不是也基本类似？
TF-IDF 通过结合词频（TF）和逆文档频率（IDF）来衡量一个词语在文本集合中的重要性。
TF表示某个词在文本中出现的频率。如果一个词在某个文本中出现得越多，那么它对该文本的重要性就越高（重要人士就是要经常露脸 :)）。
IDF表示某个词是不是在所有文本中都出现了。如果一个词出现的文档数越少，那么它对每个文档的重要性就越高（想一想独家代理、独占的重要性 :)）。
TF-IDF的计算方式是将词语的TF值和IDF值相乘，得到表示该词的重要程度即 TF-IDF 权重值。TF-IDF的基本思想是通过综合考虑词语在文本中的频率(刷存在感、露脸)和在整个文本集合中的罕见程度（独家代表），来衡量词语的重要性。
通过这种计算方式，我们可以将每个词语转换成一个数值，文本中包含的词语对应的 TF-IDF 数值组合成一个向量，就是这个文本对应的向量。
假如，"这个 / 苹果 / 很 / 好吃 / 非常 / 甜" 这几个词的 TF-IDF 值分别是 0.1，0.3，0.1，0.2，0.1，0.2，那文本 "这个苹果很好吃，非常甜。" 对应的向量就是 [0.1,0.3,0.1,0.2,0.1,0.2]
模型3：词嵌入模型（Word Embedding）
词嵌入也叫词向量，是将词语映射为连续的向量空间中的向量，捕捉了词语的语义信息。
词嵌入向量的相似性考虑了语义，意义相近的词语在向量空间上也更接近：
具体的原理，会比前面两个模型更复杂，我这里就不再具体解释了。
目前流行的词嵌入模型有 word2vec、glove、Deeplearning4j，OpenAI 也提供了自己的词嵌入模型 text-embedding-ada-002，可以直接通过 API 来调用（当然，要收费 O.o）
OpenAI 提供的调用返回的例子如下：
更多模型：句子向量、预训练语言模型和其他高级模型
对这些高级模型，我没有继续研究，这里摘抄一些基本的定义放到这里：
句子向量将整个句子或短语表示为向量，可以通过平均词向量或使用循环神经网络（RNN）和卷积神经网络（CNN）等模型来获取句子的表示。
预训练语言模型（Pre-trained Language Model）：预训练语言模型通过在大规模文本上进行无监督预训练，学习到了丰富的语言表示。常见的预训练语言模型包括BERT、GPT和XLNet等。
相似度度量
前面我们说了，可以将分词后的结果转化为数学形式的文本表示模型，其形式就是向量。
其实，也有直接对分词后的结果直接进行比较的方法，我称之为直接度量方法。
直接度量方法
编辑距离
编辑距离衡量的是通过插入、删除和替换字符，将一个字符串转换为另一个字符串所需的最小操作次数。
这么说可能比较抽象，来看一个具体的例子：
文本1: "我 / 喜欢 / 打 / 篮球"
文本2: "我 / 爱 / 踢 / 足球"
下面是一种可能的转换序列：
- 将"喜欢"替换为"爱"（1次操作）：我爱打篮球
- 将"打"替换为"踢"（1次操作）：我爱踢篮球
- 将"篮球"替换为"足球"（1次操作）：我爱踢足球
总共需要3次操作，编辑距离为 3。
编辑距离越小，表示两个文本越相似，因为它们之间的转换操作越少。
词语集合差异（Jaccard 相似度系数）
Jaccard 相似度系数又称为交并比（Intersection over Union），是用于比较样本集的相似性与多样性的统计量。
现在有两个词语集合（两个文本分词后的），通过计算他们的相同集合及合并集合，可以评价他们二者的相似度。
相同/交叉集合为：
合并集合为：
Jaccard相似系数 = 交集大小 / 并集大小，数值越大（接近1）越相似。
我们来看一个具体的例子。
两个词语集合，文本1的词语集合：{"我", "喜欢", "打篮球"} ，文本2的词语集合：{"我", "爱", "踢足球"}
交集：{"我"}
并集：{"我", "喜欢", "打篮球", "爱", "踢足球"}
Jaccard相似系数 = 交集大小 / 并集大小 = 1 / 5 = 0.2
数学向量度量
通过前面介绍的文本表示模型，我们可以将文本转化为数学形式的向量。现在度量相似度，就转化为度量向量之间的相似度了。
欧氏距离
欧氏距离比较直观，就是坐标轴上的连线距离：
余弦相似度
余弦相似度是一种常用的度量两个向量之间相似度的方法。它通过计算两个向量的夹角的余弦值来度量它们的相似程度。余弦相似度的取值范围在 -1 到 1 之间，值越接近 1 表示两个向量越相似（夹角越小），值越接近 -1 表示两个向量越不相似。
应用：找出相似文本
现在，了解了这么多知识之后，我们就可以选择一种方法来解决我遇到的问题了。
最终我选择了 TF-IDF 文本表示模型，相似度度量并没有采用常用的余弦相似度来计算，就简单加总了一下所有词语的 TF-IDF 值，选择了加总值最大的那个文本作为匹配的原始文本。
具体的方法可以看这里的代码：简易相似度计算
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参考文档