[人工智能]简介NLP中的Tokenization（基于WordSubword 和 Character）

概念理解

• Word：一个单词，例如hello
• Character：一个字母，例如a
• Subword：①若使用单词进行编码，由于单词多且杂，容易导致OOV问题，而且不太好编码 ②若使用字母进行编码，又太少，容易丢失语义；所以人们发明了subword，将一个word分成多个subword，同时兼顾了①②两个问题。
• OOV：Out of Vocabulary，意思是有些单词在词典中查询不到，例如一些根据词根现造的词，或者拼写错误的词等。
• Tokenization：将一段文本分成若干个元素，一个元素称为一个Token，而 token 是之后要被编码成向量然后送往模型的基本单位。
• Token：Token可以是一个单词、一个字母、甚至是“半个单词”

Tokenization 举例：

假设要对 Let us learn tokenization 做 Tokenization，通常有三种做法：

1：Word-Based Tokenization，结果为：[“Let”, “us”, “learn”, “tokenization.”]
2. Subword-based Tokenization，结果为：[“Let”, “us”, “learn”, “token”, “ization.”]
3. Character-based Tokenization，结果为：[“L”, “e”, “t”, “u”, “s”, “l”, “e”, “a”, “r”, “n”, “t”, “o”, “k”, “e”, “n”, “i”, “z”, “a”, “t”, “i”, “o”, “n”, “.”]

Word-based Tokenization

目标：将一段文本分成一个词一个词的Sequence

常用方法：

1. 直接使用空格（Space）进行分隔（Split）
2. 使用分隔符（delimiter）进行分隔，例如：空格和标点符号（Punctuation marks）
3. 使用框架，例如：NLTK，spaCy，Keras，Gensim等

缺点：

1. 会导致词典（Vocabulary）特别大，进而导致Embedding Matrix非常大，最终导致模型巨大，需要更多的训练资源
2. 容易出现OOV问题
3. 难以处理拼写错误的单词

缺点解决方案

1. 缺点1，限制词典大小，例如，将出现次数最多的5000个单词编成词典，其他的单词全标记为UNKNOWN，但这样加重OOV问题
2. 缺点2，使用Subword-based Tokenization
3. 缺点3，无解

优点：word是具有含义的，例如：run是跑的意思

Character-based Tokenization

目标：将一段文本分成一个字母一个字母的Sequence

常用方法：直接分就好了

优点：

1. 总量固定
2. 不存在OOV问题
3. 拼写错误也可以应对

缺点：

1. 一个字母不具备任何含义。（致命缺点）
2. 会导致Sequence很长

致命缺点导致Character-based Tokenization基本不会被使用

对于中文这种一个Charactor也具有含义的，是可以使用Character-based Tokenization的，而且有时效果还很好（因为中文做分词很难）

Subword-based Tokenization

目标：将一段文本分成一个字词一个字词的Sequence，但有些词能拆就拆。

对Subword的进行举例说明：

例1. 将boys拆成boy和s，这可以让模型学到，boys和boy的有相同的意思，但又有些微小的差别

例2. 将tokenization拆成token和ization，这样的拆法可以让模型学到 tokenization、tokens、tokenizing具有相近的意思。

例3. 接着例2，还可以让模型学到 tokenization 和 modernization 具有相同的词性

subword 时的一般原则：

1. 频率非常高的词不进行拆分
2. 将罕见的词拆成小的有意义的词
3. 对于后缀，一般前面会增加一个特殊标记，例如将tokenization 实际会拆成 token 和 ##ization ，##标记ization是一个后缀

常用方法：

1. WordPiece
2. BPE(Byte-Pair Encoding)
3. Unigram
4. SentencePiece

优点：

1. Vocabulary的大小还行，能接受
2. 减少了OOV问题
3. 模型甚至可以理解没见过的单词，例如，假设模型没见过pretrain，但由于拆分成了pre和train，模型就可能会理解该单词的意思是预训练

缺点：

1. 好像依然没办法解决拼写错误的问题

参考资料

Word, Subword, and Character-Based Tokenization: Know the Difference: https://towardsdatascience.com/word-subword-and-character-based-tokenization-know-the-difference-ea0976b64e17