自己实现文本相似度算法(余弦定理)
最近由于工作项目,需要判断两个txt文本是否相似,于是开始在网上找资料研究,因为在程序中会把文本转换成String再做比较,所以最开始找到了这篇关于 距离编辑算法 Blog写的非常好,受益匪浅。
于是我决定把它用到项目中,来判断两个文本的相似度。但后来实际操作发现有一些问题:直接说就是查询一本书中的相似章节花了我7、8分钟;这是我不能接受……
于是停下来仔细分析发现,这种算法在此项目中不是特别适用,由于要判断一本书中是否有相同章节,所以每两个章节之间都要比较,若一本书书有x章的话,这里需对比x(x-1)/2次;而此算法采用矩阵的方式,计算两个字符串之间的变化步骤,会遍历两个文本中的每一个字符两两比较,可以推断出时间复杂度至少为 document1.length × document2.length,我所比较的章节字数平均在几千~一万字;这样计算实在要了老命。
想到Lucene中的评分机制,也是算一个相似度的问题,不过它采用的是计算向量间的夹角(余弦公式),在google黑板报中的:数学之美(余弦定理和新闻分类) 也有说明,可以通过余弦定理来判断相似度;于是决定自己动手试试。
首相选择向量的模型:在以字为向量还是以词为向量的问题上,纠结了一会;后来还是觉得用字,虽然词更为准确,但分词却需要增加额外的复杂度,并且此项目要求速度,准确率可以放低,于是还是选择字为向量。
然后每个字在章节中出现的次数,便是以此字向量的值。现在我们假设:
章节1中出现的字为:Z1c1,Z1c2,Z1c3,Z1c4……Z1cn;它们在章节中的个数为:Z1n1,Z1n2,Z1n3……Z1nm;
章节2中出现的字为:Z2c1,Z2c2,Z2c3,Z2c4……Z2cn;它们在章节中的个数为:Z2n1,Z2n2,Z2n3……Z2nm;
其中,Z1c1和Z2c1表示两个文本中同一个字,Z1n1和Z2n1是它们分别对应的个数,
程序实现如下:(若有可优化或更好的实现请不吝赐教)
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public class CosineSimilarAlgorithm { public static double getSimilarity(String doc1, String doc2) { if (doc1 != null && doc1.trim().length() > 0 && doc2 != null && doc2.trim().length() > 0 ) { Map<Integer, int []> AlgorithmMap = new HashMap<Integer, int []>(); //将两个字符串中的中文字符以及出现的总数封装到,AlgorithmMap中 for ( int i = 0 ; i < doc1.length(); i++) { char d1 = doc1.charAt(i); if (isHanZi(d1)){ int charIndex = getGB2312Id(d1); if (charIndex != - 1 ){ int [] fq = AlgorithmMap.get(charIndex); if (fq != null && fq.length == 2 ){ fq[ 0 ]++; } else { fq = new int [ 2 ]; fq[ 0 ] = 1 ; fq[ 1 ] = 0 ; AlgorithmMap.put(charIndex, fq); } } } } for ( int i = 0 ; i < doc2.length(); i++) { char d2 = doc2.charAt(i); if (isHanZi(d2)){ int charIndex = getGB2312Id(d2); if (charIndex != - 1 ){ int [] fq = AlgorithmMap.get(charIndex); if (fq != null && fq.length == 2 ){ fq[ 1 ]++; } else { fq = new int [ 2 ]; fq[ 0 ] = 0 ; fq[ 1 ] = 1 ; AlgorithmMap.put(charIndex, fq); } } } } Iterator<Integer> iterator = AlgorithmMap.keySet().iterator(); double sqdoc1 = 0 ; double sqdoc2 = 0 ; double denominator = 0 ; while (iterator.hasNext()){ int [] c = AlgorithmMap.get(iterator.next()); denominator += c[ 0 ]*c[ 1 ]; sqdoc1 += c[ 0 ]*c[ 0 ]; sqdoc2 += c[ 1 ]*c[ 1 ]; } return denominator / Math.sqrt(sqdoc1*sqdoc2); } else { throw new NullPointerException( " the Document is null or have not cahrs!!" ); } } public static boolean isHanZi( char ch) { // 判断是否汉字 return (ch >= 0x4E00 && ch <= 0x9FA5 ); } /** * 根据输入的Unicode字符,获取它的GB2312编码或者ascii编码, * * @param ch * 输入的GB2312中文字符或者ASCII字符(128个) * @return ch在GB2312中的位置,-1表示该字符不认识 */ public static short getGB2312Id( char ch) { try { byte [] buffer = Character.toString(ch).getBytes( "GB2312" ); if (buffer.length != 2 ) { // 正常情况下buffer应该是两个字节,否则说明ch不属于GB2312编码,故返回'?',此时说明不认识该字符 return - 1 ; } int b0 = ( int ) (buffer[ 0 ] & 0x0FF ) - 161 ; // 编码从A1开始,因此减去0xA1=161 int b1 = ( int ) (buffer[ 1 ] & 0x0FF ) - 161 ; // 第一个字符和最后一个字符没有汉字,因此每个区只收16*6-2=94个汉字 return ( short ) (b0 * 94 + b1); } catch (UnsupportedEncodingException e) { e.printStackTrace(); } return - 1 ; } } |
程序中做了两小的改进,以加快效率:
1. 只将汉字作为向量,其他的如标点,数字等符号不处理;2. 在HashMap中存放汉字和其在文本中对于的个数时,先将单个汉字通过GB2312编码转换成数字,再存放。
最后写了个测试,根据两种不同的算法对比下时间,下面是测试结果:
余弦定理算法:doc1 与 doc2 相似度为:0.9954971, 耗时:22mm
距离编辑算法:doc1 与 doc2 相似度为:0.99425095, 耗时:322mm
可见效率有明显提高,算法复杂度大致为:document1.length + document2.length。
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