机器翻译原理

发布时间:2016-01-04  栏目:机器翻译  评论:0 Comments

IBM Model 1

                IBM 1模型引入了一个很重要的东西:Alignments,也就是词汇之间是如何关联的。很明显不同语言中同一个意思的句子词汇之间肯定会联系起来,这是翻译的基础。
                比如说有如下两个句子:
                             
                         
                 l=6表示英语句子的长度
                 m=7表示法语句子的长度
                 一个alignment就是一个长度为m的序列,将f中的每一个词映射到e中,为了完善,我们会为e额外增加一个序号0,用来表示映射为空
                 比如说一个allignment:
                               
                   就表示如下映射:
                              
                   多个词可以映射到同一个词。
                   有了Alignments之后,我们就可以改变我的模型了,我们有如下定义
                                                           
                这是总模型           
                   其中a表示一个alignment
                   在这个过程中我们其实还可以得到很多有用的东西,比如说“最大可能的Alignment”,给你两个句子,必然有一个最大可能的映射
                   给定一个f,e,当然也就知道了l和m。我们有:
                                                    
                    值得一提的是,IBM Model 1虽然现在没有用于翻译,但它仍被用来寻找“最大可能的Alignment”
                    在Model 中:
                                            
                     所有alignment都是一样的,这是一个很强的假设,但同时也是所有事情的开始~~~
                     这是我们总的模型的右边部分,左边部分是上式:
                                          
                     t是什么东西能,其实就是每个法语词汇对应所alignment的英语词汇的概率,举个例子:
                                       
                     综上,IBM 1 Model :
                                            
                      至于t到底怎么求,这个我们在后面会讲到。

IBM  Model 2

我们先介绍一下Model 2中引入的新的元素:

                         ,l,m还是和model 1中的定义一样,该式表示第 j 个法语中的词和第 i 个英语中的词互相关联的概率(在给出l和m的情况下)
                       然后有:
                                         
                      注意这就是Model 1中不同的地方了,Model 1中所有alignment的该项值都是相等的,这里是不等的
                      那么总的模型就是:
                                           
                     这就是Model 2中和1的差别

EM Training of Models 1 and 2

                那么怎么计算这两个模型呢,我们首先介绍alignment已经存在的情况,也就是训练集包括e,f,a
                     对t和q做如下统计计算:
                              
                     具体的伪代码如下:
                             
                        这种情况相对比较简单,我们再来看训练集中没有a的情况:
                            
                               其思想是EM算法的思想,通过下式计算,来实现逐步地趋近于最优值,注意每次都会重新计算t和q的值
                                                       

Phrase-based Translation Models(基于短语的翻译模型)

            这个很好理解啦,我们平时看英文就知道翻译不能逐字地搞,有些短语是需要整体翻译的,这一周的课程讲的就是这样一个模型

比如下面这样一个例子:

                         

这样我们将一个翻译拆分成了数个对应的短语的翻译,那么这样一个短语翻译(上面每个括号内的部分)的概率同样也可以用统计求得到:

当然这不是phrase模型的全部,我们对每一个翻译都有一个评分,我们用一个例子来说明:

这是翻译第一个短语的得分,等式右边的第一个部分叫做“语言模型”的得分,表示翻译后的语句是否是合法的英语,第二个部分叫“短语模型”,如你所见是单单这个短语翻译的得分,第三项叫做“失真模型”表示这个翻译的惩罚值,那个现在为0的地方是被翻译部分移动到现在位置的位移(直白点说就是原句被打乱的程度),如果原句的结构太乱了,会给以一定惩罚值。另一个例子:

为了方便,我们在这里重新定义一下所有的东西,一个“基于短语的翻译模型”包括三个东西:

 1.短语模型,也就是上面的t,我们重新 给出一个符号g来描述:

                           

2.一个三元语言模型.这和上面是一样的

3.一个失真模型,有一个distortion parameter:η(是负数)

对于每个短语p,有这样一些东西,分别表示p开始的标号,结束的标号和对应翻译出来的英语短句

除此之外我们还有g(p)表示这个短语的得分

如果一些列的短语联合起来就可以翻译成一个句子,我们称之为一个derivation,一个derivation y有一些列的短语

比如对于这个句子:

可能会有一个y:

一个合法的derivation要满足以下几个条件:

1.每个词只能翻译一次,也就是所有的短语的s(p)和t(p)定义的区间是不能重叠的

2.跨度不能太大,要保证:

一大坨,什么东西呢,其实就是每个短语之间不能相差太远,d使我们设定的常数,比如为4

这样一步是为了在合理的范围内减小搜索的空间,比如上面那个y的例子,第一个和第二个短语之间的距离就是|3+1-7|=3,比选定的d=4小,所以是合法的

这样一个derivation我们同样给它一个得分:

h是以前提到的三元语言模型,由一坨q构成~~~~

Decoding Algorithm: Definitions

一个状态的定义:(e1, e2, b, r,α )
                                e1和e2是两个英文单词,表示翻译的最后两个单词
                                b是一个长度为n的二进制序列,如果第i号位置为1,表示该单词已经被翻译了
                                r表示最后一个被翻译的单词的序号
                                α表示到目前为止该翻译的得分
                         eg:
                               
                                 表示前三个单词已经被翻译且最后两个词为must 和also,,其得分为-2.5
相等函数的定义:
                                  如果q和q‘相等则返回true,相等的条件是:
                             
next 函数的定义:next(q,p),其中q是一个状态,p是一个翻译的短语,nect函数返回q状态加入p项短语后的状态,,假设为q’,则有:
                                    
ph(q)函数的定义:返回一系列的翻译短语,并且对于状态q来说是合法的,也就是状态q加入这些短语后每个词只翻译了一次,以及它的失真在规定范围内:
                                   
Add(Q, q’, q, p)函数的定义:将状态q加入短语p后的状态q‘加入到集合Q中,集合Q是一系列的状态
                                   具体的伪代码如下:
                                    
                                   一句话描述:有该状态存在则更新最优得分,无该状态存在则加入,用bp来记录反向指针
 beam(Q)函数的定义:选择Q的的一个子集,Q是一个集合,包含一系列的状态
                                        首先得到集合中最优的得分:
                                             (注:应该是max而不是argmax)
                                        然后:
                                         
搞了半天,Q到底是什么呢?
对于一个待翻译的句子,长度为n,我们设定Q0……Qn表示翻译了(0…n)个词的状态集合
Decoding alogrithm的过程就是:
         
最后返回Qn中最高得分的状态,然后用bp指针一步步得到翻译出来的句子即可。

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关于自己

杨文龙,微软Principal Engineering Manager, 曾在各家公司担任影像技术资深总监、数据科学团队资深经理、ADAS算法总监、资深深度学习工程师等职位,热爱创新发明,专注于人工智能、深度学习、图像处理、机器学习、算法、自然语言处理及软件等领域,目前发明有国际专利19篇,中国专利28篇。

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