Doc2vec学习总结（三）
这篇是七月在线问答系统项目中使用到的一个算法，由于当时有总结，就先放上来了后期再整理。
Doc2vec
Doc2vec又叫Paragraph Vector是Tomas Mikolov基于word2vec模型提出的，其具有一些优点，比如不用固定句子长度，接受不同长度的句子做训练样本，Doc2vec是一个无监督学习算法，该算法用于预测一个向量来表示不同的文档，该模型的结构潜在的克服了词袋模型的缺点。
Doc2vec模型是受到了word2vec模型的启发，word2vec里预测词向量时，预测出来的词是含有词义的，比如上文提到的词向量'powerful'会相对于'Paris'离'strong'距离更近，在Doc2vec中也构建了相同的结构。所以Doc2vec克服了词袋模型中没有语义的去缺点。假设现在存在训练样本，每个句子是训练样本。和word2vec一样，Doc2vec也有两种训练方式，一种是PV-DM（Distributed Memory Model of paragraphvectors）类似于word2vec中的CBOW模型，另一种是PV-DBOW（Distributed Bag of Words of paragraph vector)类似于word2vec中的skip-gram模型
1. A distributed memory model
训练句向量的方法和词向量的方法非常类似。训练词向量的核心思想就是说可以根据每个单词的上下文预测，也就是说上下文的单词对是有影响的。那么同理，可以用同样的方法训练doc2vec。例如对于一个句子i want to drink water，如果要去预测句子中的单词want，那么不仅可以根据其他单词生成feature， 也可以根据其他单词和句子来生成feature进行预测。因此doc2vec的框架如下所示：
在Doc2vec中，每一句话用唯一的向量来表示，用矩阵D的某一列来代表。每一个词也用唯一的向量来表示，用矩阵W的某一列来表示。
每次从一句话中滑动采样固定长度的词，取其中一个词作预测词，其他的作输入词。输入词对应的词向量word vector和本句话对应的句子向量Paragraph vector作为输入层的输入，将本句话的向量和本次采样的词向量相加求平均或者累加构成一个新的向量X，进而使用这个向量X预测此次窗口内的预测词。（预测句子中的下一个单词）
Doc2vec相对于word2vec不同之处在于，在输入层，增添了一个新句子向量Paragraph vector，Paragraph vector可以被看作是另一个词向量，它扮演了一个记忆
每次训练也是滑动截取句子中一小部分词来训练，Paragraph Vector在同一个句子的若干次训练中是共享的，所以同一句话会有多次训练，每次训练中输入都包含Paragraph vector。
它可以被看作是句子的主旨，有了它，该句子的主旨每次都会被放入作为输入的一部分来训练。这样每次训练过程中，不光是训练了词，得到了词向量。同时随着一句话每次滑动取若干词训练的过程中，作为每次训练的输入层一部分的共享Paragraph vector，该向量表达的主旨会越来越准确。
Doc2vec中PV-DM模型具体的训练过程和word2vec中的CBOW模型训练方式相同
训练完了以后，就会得到训练样本中所有的词向量和每句话对应的句子向量
那么Doc2vec是怎么预测新的句子Paragraph vector呢？其实在预测新的句子的时候，还是会将该Paragraph vector随机初始化，放入模型中再重新根据随机梯度下降不断迭代求得最终稳定下来的句子向量。不过在预测过程中，模型里的词向量还有投影层到输出层的softmax weights参数是不会变的，这样在不断迭代中只会更新Paragraph vector，其他参数均已固定，只需很少的时间就能计算出带预测的Paragraph vector。
总结doc2vec的过程, 主要有两步：
- 训练模型，在已知的训练数据中得到词向量, softmax的参数和,以及段落向量/句向量
- 推断过程（inference stage），对于新的段落，得到其向量表达。具体地，在矩阵中添加更多的列，在固定的情况下，利用上述方法进行训练，使用梯度下降的方法得到新的D,从而得到新段落的向量表达
2. Paragraph Vector without word ordering: Distributed bag of words
还有一种训练方法是忽略输入的上下文，让模型去预测段落中的随机一个单词。就是在每次迭代的时候，从文本中采样得到一个窗口，再从这个窗口中随机采样一个单词作为预测任务，让模型去预测，输入就是段落向量。如下所示：
我们称这种模型为 Distributed Bag of Words version of Paragraph Vector(PV-DBOW)
在上述两种方法中，我们可以使用PV-DM或者PV-DBOW得到段落向量/句向量。对于大多数任务，PV-DM的方法表现很好，但我们也强烈推荐两种方法相结合。
