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基于统计语言建模的信息检索及相关研究

作　者: 丁国栋
导　师: 白硕
学　校: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 信息检索统计语言模型查询似然检索模型平滑 GJM-2 查询扩展 LOCOOC KL距离检索模型词项联想网络联想式扩展
分类号: TP391.3
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文对基于统计语言建模(SLM, Statistical Language Modeling)的信息检索方法进行了较为详细的论述,着重阐述了查询似然检索模型的基本思想和原理,并介绍了一些改进的模型,如KL距离检索模型等。在这一基础上,针对SLM检索方法中文档建模和查询建模这两个关键问题,本文就文档语言模型的平滑估计、启发式查询扩展及其在查询似然检索模型中的整合以及查询语言模型的估计和联想式扩展等几个方面作了较为深入的研究。针对查询似然检索模型中文档一元语言模型的平滑估计问题,本文详细地分析了几种常用的平滑方法对检索性能的影响模式和平滑参数的最优取值规律,探讨了平滑在查询似然检索模型中所扮演的功能角色,提出了一种改进的线性插值平滑方法GJM-2,利用文档中不同词项的个数这一统计信息来改善平滑的效果。考虑到传统的平滑方法在进行平滑处理时对不同词项的差异性有所忽视,本文还提出了基于词项风险的平滑模型,将词项风险引入传统的平滑方法。实验结果表明,与传统的平滑方法相比,GJM-2平滑方法和基于词项风险的平滑模型均能有效地提高检索性能。在信息检索中,启发式查询扩展是改善检索性能的重要技术手段。我们研究了在查询似然检索模型中如何进行启发式查询扩展的问题。针对查询似然检索模型在实现查询扩展上存在的先天不足,我们通过引入查询词的权重信息对查询似然检索模型进行了改进,提出了WQL检索模型,从而可以将传统的各种启发式查询扩展方法很自然地整合进来,实验结果验证了整合的有效性。此外,通过对传统扩展方法的分析,本文还提出了一种基于局部共现的查询扩展方法LOCOOC,利用候选词与初始查询在局部文档集合中的共现程度来评估候选词的质量,并整合了候选词在文档集中的全局统计信息,使得选取的扩展词与初始查询所表征的主题或概念具有更好的相关性。实验结果表明:基于WQL检索模型,采用LOCOOC扩展方法可以使检索性能(平均准确率)提高40%以上;与传统的几种典型的扩展方法相比,该扩展方法具有更为优越的扩展性能。启发式的查询扩展方法采用的是启发式的扩展词选取策略和权重修正策略,缺乏严格的数学推导和理论依据。本文研究了KL距离检索模型架构内如何利用统计语言模型实现查询扩展的问题,从查询语言模型反推的角度探讨了查询扩展的实现途径,为查询扩展的理论研究提供了一条可行的思路。考虑到词项之间具有一定的主题内部依赖关系,本文提出了基于词项联想式扩展的反推策略,将词项之间的统计依赖关系整合到查询语言模型的反推过程中。在这种反推策略中,我们提出了“词项联想网络”(WAN, Word Association Network)的概念用以描述词项之间的统计依赖关系,阐述了利用WAN对查询语言模型进行反推的基本思路和方法,并给出了两种度量词项依赖概率的有效方法。

全文目录

摘要  4-6
英文摘要  6-12
图目录  12-13
表目录  13-14
第一章引言  14-18
第二章信息检索模型与评测概述  18-32
  2.1 信息检索概述  18-22
    2.1.1 TREC简介  18-19
    2.1.2 术语定义  19-21
    2.1.3 信息检索模型概述  21-22
  2.2 布尔模型  22-23
    2.2.1 经典的布尔模型  22-23
    2.2.2 扩展布尔模型  23
  2.3 向量空间模型  23-27
    2.3.1 基本的形式化  24
    2.3.2 词项权重的tf*idf计算方法  24-25
    2.3.3 词项权重的规格化处理  25-26
    2.3.4 小结与讨论  26-27
  2.4 概率检索模型  27-28
  2.5 实验评测方法  28-30
    2.5.1 未插值平均准确率(MAP)  29-30
    2.5.2 Precision@ X  30
  2.6 本章总结  30-32
第三章基于统计语言建模的信息检索方法  32-48
  3.1 引言  32-33
  3.2 统计语言建模技术  33-35
    3.2.1 n-gram语言模型  33-35
  3.3 查询似然检索模型  35-40
    3.3.1 投掷骰子的问题  35-36
    3.3.2 基于查询似然的检索模型  36-37
    3.3.3 文档语言模型的估计  37-38
    3.3.4 与tf*idf权重的关系  38-40
  3.4 对查询似然检索模型的改进与拓展  40-42
    3.4.1 统计翻译检索模型  40-41
    3.4.2 基于完全贝叶斯的查询似然  41
    3.4.3 KL距离检索模型  41-42
  3.5 实验评测  42-44
  3.6 SLMIR在跨语言检索与分布式检索中的应用  44-46
    3.6.1 分布式信息检索  44-45
    3.6.2 跨语言信息检索  45-46
  3.7 本章总结  46-48
第四章文档语言模型的估计与平滑研究  48-70
  4.1 概述  48-49
  4.2 平滑的一般形式及几种常用的平滑方法  49-51
    4.2.1 几种常用的平滑方法  50-51
  4.3 平滑对检索性能的影响  51-59
    4.3.1 实验设计  51-52
    4.3.2 平滑的行为特点分析  52-57
    4.3.3 平滑方法之间的性能对比  57-58
    4.3.4 平滑的双重角色  58-59
  4.4 GJM-2: 一种改进的线性插值平滑方法  59-63
    4.4.1 GJM与GJM-1  59-61
    4.4.2 改进的GJM-2 平滑方法  61
    4.4.3 实验结果  61-63
  4.5 基于词项风险的平滑模型  63-68
    4.5.1 平滑模型描述  63-65
    4.5.2 词项风险的度量  65
    4.5.3 实验和结果分析  65-68
  4.6 本章总结  68-70
第五章 WQL检索模型及其启发式查询扩展  70-88
  5.1 引言  70-71
  5.2 相关研究现状  71-72
  5.3 WQL检索模型及其启发式查询扩展  72-78
    5.3.1 WQL检索模型  72-74
    5.3.2 WQL中的启发式查询扩展  74-76
    5.3.3 几种典型的扩展方法  76-78
  5.4 LOCOOC：一种基于局部共现的查询扩展方法  78-80
    5.4.1 共现信息的度量  78
    5.4.2 整合全局统计信息  78-80
    5.4.3 一个例子  80
  5.5 实验设计  80-82
  5.6 实验结果  82-85
    5.6.1 查询扩展的有效性  82-83
    5.6.2 扩展规模对扩展效果的影响  83-85
  5.7 本章总结  85-88
第六章查询语言模型的估计与联想式扩展  88-106
  6.1 引言  88-89
  6.2 从语言模型“反推”的角度看查询扩展  89-90
  6.3 基于语言模型估计的反推方法  90-92
    6.3.1 基于混合生成模型的极大似然估计方法  91-92
  6.4 基于联想式扩展的反推方法  92-98
    6.4.1 词项之间的依赖关系  92-94
    6.4.2 词项联想网络(WAN, Word Association Network)  94-95
    6.4.3 利用WAN反推查询语言模型  95-96
    6.4.4 词项依赖概率的计算  96-98
  6.5 实验评测和结果分析  98-103
    6.5.1 实验方法  98-100
    6.5.2 数据集和评价指标  100
    6.5.3 反推的有效性分析  100-102
    6.5.4 插值系数α对反推的影响  102-103
  6.6 本章总结  103-106
第七章结束语  106-110
  7.1 本文工作总结和主要创新  106-108
    7.1.1 文档语言模型的平滑估计  106-107
    7.1.2 查询似然检索模型中的启发式查询扩展  107
    7.1.3 查询语言模型的估计与联想式扩展  107-108
  7.2 下一步工作展望  108-110
附录  110-114
  1.T REC Ad Hoc检索任务的文档示例  110-112
  2.T REC Ad Hoc检索任务为的topic示例  112-114
参考文献  114-124
致谢  124-126
作者简历  126-127

基于统计语言建模的信息检索及相关研究

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