齐普夫定律

 齐普夫定律是美国学者G.K.齐普夫于本世纪40年代提出的词频分布定律。它可以表述为:如果把一篇较长文章中每个词出现的频次统计起来,按照高频词在前、低频词在后的递减顺序排列,并用自然数给这些词编上等级序号,即频次最高的词等级为1,频次次之的等级为2,……,频次最小的词等级为D。若用f表示频次,r表示等级序号,则有fr=C(C为常数)。人们称该式为齐普夫定律.

注意此处常数C并不一定是文章总词数。按下来进行推论。

fr=c ==> f/n = c/nr,其中n为文章总词数,因此f/n称之为词的频率。

因而得出f/n = k/r,其中k只与总词数有关.

把文章扩大到全部文章,得出词的频率与排序号例数成正例。通常比例系统k可以求出来。

因为全部词的频率总和为1,即全部的k/r1+k/r2+......+k/rn = 1,其中r1+r2+....+rn = n.

从而得到k的值.

### 使用Python验证普夫定律 为了验证普夫定律,可以通过分析大量文本数据来观察词语频率与其排名之间的关系。具体来说,可以使用Python中的`nltk`库完成这项工作。 #### 导入必要的库 首先安装并导入所需的库: ```python import nltk from collections import Counter import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np ``` 如果尚未下载所需资源,则需执行如下命令获取它们: ```python nltk.download('gutenberg') nltk.download('punkt') ``` #### 准备语料库 这里选用Gutenberg项目下的样本作为测试对象之一: ```python from nltk.corpus import gutenberg words = gutenberg.words() tokens = [word.lower() for word in words if word.isalpha()] ``` 上述代码片段用于加载英文经典文学作品集合作为待测文本,并去除其中非字母字符[^1]。 #### 统计词频 接着统计各个词汇出现次数,并按降序排列得到最终列表: ```python frequency_dist = nltk.FreqDist(tokens) sorted_freqs = sorted(frequency_dist.items(), key=lambda item: item[1], reverse=True) ranks = list(range(1, len(sorted_freqs)+1)) frequencies = [freq for _, freq in sorted_freqs] plt.figure(figsize=(8, 6)) plt.loglog(ranks, frequencies, 'b-', label='Observed Frequencies') # 计算理论上的线性拟合直线 coefficients = np.polyfit(np.log(ranks), np.log(frequencies), deg=1) a, b = coefficients predicted_frequencies = a * ranks + b plt.plot(ranks, predicted_frequencies, color="red", linestyle="--", linewidth=2, label=f'Fitted Line (y={round(a, 3)}x+{round(b, 3)})') plt.title("Zipf's Law Verification on Gutenberg Corpus") plt.xlabel('Rank of Words(log scale)') plt.ylabel('Frequency of Words(log scale)') plt.legend(loc='best') plt.grid(True) plt.show() ``` 这段程序绘制了一个图表,横坐标表示单词按照频率高低排序后的名次(取对数值),纵坐标则代表对应位置上单词的实际发生概率(同样经过对数转换)。理想情况下,这些点应该大致分布在一条斜率为负的一次函数曲线上[^2]。 通过以上方法即可直观地检验给定文本集合是否遵循普夫定律描述的现象。
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