【Word2Vec】Skip-gram 的直观理解（深入浅出）

01 什么是skip-gram

一句话来说就是，给定中心词，然后预测其周围的词：

02 模型结构

1. 对于skip-gram来说，输入是一个[1 x V]维的ont-hot向量，其中V为词表大小，值为1的那一项就表示我们的中心词。
2. 经过一个[V x N]的矩阵得到一个[1 x N]的向量，这个向量就是我们需要的词的embedding表示。
3. 然后[1 x N]的向量经过一个[N x V]的矩阵得到一个[1 x V]的向量，这个向量的值就是中心词与词表中其他词的相似度，经过softmax就是中心词旁边周围词出现的概率。
4. 优化目标：经过训练[V x N]和[N x V]这两个矩阵，使得最后目标词与周围词的出现概率最大，而与除了周围词以外的词概率最小（负采样，这里不详细展开了）。

03 直观理解skip-gram流程

这里的每一步，对应了 02 模型结构 中的步骤。

这里我们举一个例子，一步步推导是怎么走的，这样更加直观：

以这句话为例：I love machine learning。

我们随机初始化两个矩阵：

[V x N]的矩阵为：
[0.1, 0.2]
[0.3, -0.2]
[0.5, 0.4]
[-0.1, 0.3]

其中，V为4，表示词表中有4个单词，N为2表示我们想讲词向量映射为2（这个N是超参数，可以自己设定）。

注意这里为了文章简洁，使用两个相同矩阵，只是转置了一下，真实情况中一般是随机初始化的（大概率不同）。

1. 输入[1 x V]向量

假设我们的目标词是love，那么输入向量就是[0, 1, 0, 0]。

2. 经过一个[V x N]的矩阵得到一个[1 x N]的向量

输入向量 x [V x N]的矩阵的直观理解就是：将词映射成embeding。

以所举例子所示，向量 x 矩阵的结果就是：

I      -> [0.1, 0.2]
love   -> [0.3, -0.2]
machine-> [0.5, 0.4]
learning -> [-0.1, 0.3]

也就是将love从ont-hot向量映射为[0.3, -0.2]这个embedding。

3. [1 x N]的向量经过一个[N x V]的矩阵得到一个[1 x V]的向量

这个过程即做预测，skip-gram的预测过程就是找出跟中心词最相近的词，向量表示最简单就是看向量乘积，越高说明越相似。

比如，如果想知道love和I、machine之间的相似度：

4. 优化目标

使用交叉熵损失函数，目标是最小化目标词与真实上下文词之间的预测误差（注意是真实上下文）。

对于该例子就是：

然后反向传播计算损失，不断优化两个矩阵，最后使得总损失最小，直观理解就是目标词与周围词的出现概率最大；

• 训练完成后的第一个矩阵的每一行，就对应着每个词的embedding表示；
• 训练完成后，在做预测时：给定一个词，想知道他的上下文词是谁，就看3. 的结果[1 x V]的向量值最大的n个元素，就对应最可能的n个上下文词。