【人工智能】基于Python的自然语言处理：深入实现文本相似度计算

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文本相似度计算是自然语言处理（NLP）中的核心任务，广泛应用于搜索引擎、推荐系统、问答系统等领域。本文全面解析文本相似度计算的核心技术，使用Python中的spaCy和sentence-transformers库实现多种方法，包括基于词向量的余弦相似度、预训练语言模型的句向量方法等。我们将从理论讲解到代码实现，涵盖预处理、特征提取、相似度计算以及性能对比。通过代码实例和中文注释，读者将掌握构建文本相似度计算系统的核心技能，并能根据应用场景选择合适的技术方案。

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引言

文本相似度计算是衡量两段文本之间语义相似程度的过程。它是搜索引擎的核心技术之一，例如根据用户输入的查询推荐最相关的文档。常用的文本相似度计算方法包括：

1. 基于统计的方法：如词频（TF-IDF）和余弦相似度。
2. 基于词嵌入的方法：如Word2Vec或GloVe。
3. 基于预训练语言模型的方法：如BERT、RoBERTa。

本文将使用spaCy和sentence-transformers分别实现基于词向量和句向量的文本相似度计算，并进行性能对比。

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文本相似度计算的理论基础

1. 余弦相似度

余弦相似度衡量两个向量之间的夹角余弦值，用于评估文本的相似性。公式为：
$$\text{Cosine Similarity}=\cos (\theta )=\frac{\mathbf{A}\cdot \mathbf{B}}{\Vert \mathbf{A}\Vert \Vert \mathbf{B}\Vert }$$
其中，(\mathbf{A}) 和 (\mathbf{B}) 是文本的向量表示。

2. 词向量与句向量

• 词向量：通过Word2Vec、GloVe等方法将单词映射为高维空间的稠密向量。
• 句向量：将整段文本映射为固定维度的向量，常用的技术包括BERT和sentence-transformers。

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使用spaCy计算基于词向量的相似度

安装和初始化spaCy

首先确保已安装spaCy及其语言模型。

pip install spacy
python -m spacy download en_core_web_md