文章目录
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- [1 Word Tokenization](#1 Word Tokenization)
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- [1.1 Top-down/rule-based tokenization](#1.1 Top-down/rule-based tokenization)
- [1.2 Byte-pair Encoding: A Bottom-up tokenization algorithm](#1.2 Byte-pair Encoding: A Bottom-up tokenization algorithm)
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1 Word Tokenization
来源：JM3 Chapter 2.5 p19-23
tokenization 就是 把 running text 分割成为 words；
常有两种方法：
- top-down/rule-based tokenization
根据预先定义的标准与规则实现分词； - bottom-up tokenization
使用字母序列的统计量实现分词；
1.1 Top-down/rule-based tokenization
举个例子，
首先要注意 clitic contraction ，也就是附着缩略词的处理，clitic 是：" A clitic is a part of a word that can't stand on its own, and can only occur when it is attached to another word. "
按照 Penn Treebank tokenization 标准：
doesn't 被展开为 does + n't
其中的 n't 就是 clitic contraction 嘛
tokenization 会保持 hyphenated words，即连字符连接的词在一起，并把所有 punctuation，即标点符号进行分割！具体例子可以见：
![[Pasted image 20240229223529.png]]
tokenization 可以展开这种 clitic contraction，也可以看到，tokenization 识别出了 does 这个词，所以 tokenization 也和 NLP 的一个方向：named entity recognition 紧密相关！
由于 tokenization 在 其他的 text precessing 前，所以需要比较迅速，常是基于 regular expression 正则表达式，正则表达式通常都编译入非常高效的 有限状态自动机。
设计优秀的 top-down tokenization 所遵循的 deterministic algorithm 可以处理各种 ambiguity，比如 不同的 撇好apostrophe:
- genitive marker 属格
the book's cover - quotative 引用
'The other class', she said - clitics 附着词
they're, doesn't
不同的语言在进行tokenization时可能存有不同困难，english 天然的以 words 分，但 chinese 不使用 space 进行 words 的分割，而是以 character，即汉字，作为分割得到的 token。由于chinese本身的character，也就是汉字，具有丰富的意义，研究表明，chinese NLP 中，以 character 作为 input 会比 words 更好。
但像 japanese，thai 等语言，他的 character 本身作为一个 unit 太小，不足以表达含义，所以也需要 word segmentation 算法。
1.2 Byte-pair Encoding: A Bottom-up tokenization algorithm
tokenization 很重要的一点是要有能力处理 unknown words，我们希望也能够处理 corpus，即语料库，之外的的 unknown words。
首先要引入一个 subwords 子字的概念，这是一种 sets of tokens that include tokens smaller than words. 即一种比 words 更小的 token.
子词并行：在自然语言处理中，一种处理词汇的方法，将词汇分解为更小的单元（子词），以便更好地处理稀有词汇和词汇变化。
subwords 可以是 arbitrary substring，也可以是有一定意义的 morphemes，即语素，比如：-est, -er.
A morpheme is the smallest meaning-bearing unit of a language; for example the word unlikeliest has the morphemes un-, likely, and -est.
现代 tokenization 方法中的 token 常为 words，但也可以为 某些 frequently morpheme 高频语素，或者是一些其他的 字词，比如：-er.
基于 subword，任何 unknow words 都可以由某些 subwords units 序列构成，比如 lower，可以由 low 和 -er 这两个 subwords 组成，或者，如果有必要，可以视为由 -l, -o,-w, -e, -r 等一系列 letter 构成。
tokenization schema 一般分为 token learner 和 token segmenter。前者从 corpus语料中学习，并产生vocabulary，即 set of tokens。后者作用于原始文本，对文本按照 vocabulary 进行分割，实现分词得到一系列 tokens。
常有三种方法：
- byte-pair encoding, BPE
- unigram language modeling
- SentencePiece library 含有上述两种，但常指代后一种
BPE token learner 由所有部分均为 individual character 的 vocabulary 开始，根据 training corpus 中的 words，去寻找具有最高出现频次的 adjacent symbols （symbol可以是多个character构成）。注意，最开始的 vocabulary 就是所有 character 构成的。
将最高频次的 symbols 不断merge，并加入到 vocabulary中，以一种greedy的思想去不断 merge highest frequent adjacent symbols into vocabulary，直到添加完毕 k k k 个 symbols 进入到 vocabulary中。注意，这里的 k k k 是 BPE algorithm 的参数。通过BPE，最终得到的 vocabulary 就是由原来的 individual characters 加上 k k k 个 merged symbols.
过程中，同样频率的 pairs of characters，哪个先 merge 没有特定要求，是 arbitrary 的！
BPE的核心思想：
iteratively merge freaquent pairs of characters.
一些优点：
- data-informed tokenization
language independent, can derive the vocabulary for the language with only corpus, this BPE can figure the corpus itself; - works for different languages
no need to design rules for different language - deal better with unknown words
worst case: unknown words 分成 individual characters
最终的 vocabulary 里，大部分都是 full words，少部分是 subwords。
最差情况下，unknown word 也是被分为多个 individual characters。
具体例子参考 jm3，p21. 简单展示：
![[Pasted image 20240301174028.png]]
注意，有一个 end-of-word symbol _；
从过程来看，一般都是从 end-of-word 处开始 merge。
基于最终得到的 vocabulary：
对于 n e w e r ，其会被分为一整个 token：newer；
对于 unknown word l o w e r , 会被分为两个 token: low 和 er.