什么是回退机制

今天上课老师讲到NLM，提及back off，特此记录

回退机制（Backoff Mechanism）解释

回退机制是一种在语言模型（例如 N-Gram 模型）中使用的技术，用于在上下文数据不足或完全缺失的情况下，依然能够对单词的概率进行预测。它通过“回退”到更低阶的 N-Gram（上下文更少的模型）来处理数据稀疏问题。

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为什么需要回退机制？

在传统的 N-Gram 模型中：

1. 数据稀疏问题：
   如果某个高阶（如三元模型 Trigram）的特定单词组合没有出现在训练数据中，就无法计算其概率。
2. 解决方案：
   回退机制允许模型“退一步”，使用低阶（如 Bigram 或 Unigram）的概率来替代缺失的高阶概率。

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回退机制的工作原理

当高阶 N-Gram 中没有对应的上下文时：

1. Trigram（高阶模型）：
   • 输入：“I want to eat”
   • 如果训练数据中没有出现过这个完整短语，Trigram 模型会回退到 Bigram 模型。
2. Bigram：
   • 输入：“to eat”
   • 如果 Bigram 也没有对应概率，模型会进一步回退到 Unigram。
3. Unigram（最低阶模型）：
   • 输入：“eat”
   • 最后，使用单个单词的全局频率作为概率。

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数学公式表示：

假设要计算三元模型的概率 P(wn∣wn−2,wn−1)P(w_n | w_{n-2}, w_{n-1})P(wn​∣wn−2​,wn−1​)，如果缺失：

1. 三元模型的概率： P(wn∣wn−2,wn−1)P(w_n | w_{n-2}, w_{n-1})P(wn​∣wn−2​,wn−1​) 如果不存在，则回退到：
2. 二元模型的概率： P(wn∣wn−1)P(w_n | w_{n-1})P(wn​∣wn−1​) 如果仍不存在，则回退到：
3. 一元模型的概率： P(wn)P(w_n)P(wn​)

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常见的回退算法：

1. Katz Backoff（Katz 回退）：

   • 为缺失的高阶 N-Gram 概率分配一部分权重，通过低阶 N-Gram 来补充。
   • 同时对模型中的概率进行平滑处理。

2. Stupid Backoff（简单回退）：

   • 不进行平滑，直接使用较低阶 N-Gram 的概率。
   • 更简单、更快速，但准确性可能不如 Katz 回退。

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优点与局限性

• 优点：
  • 有效解决数据稀疏问题。
  • 提高语言模型的覆盖率和鲁棒性。
• 局限性：
  • 依赖于低阶 N-Gram 的概率，可能会导致结果不够准确。
  • 高阶模型的上下文信息丢失。