Embedding Cosine Similarity: Analyzing Semantic Similarity

Concepts de base

Cosine similarity in embeddings can yield arbitrary and potentially meaningless results due to the influence of regularization techniques, cautioning against blind usage.

Résumé

コサイン類似度は埋め込みにおいて任意の結果をもたらす可能性があり、正規化手法の影響により意味のない結果が生じることがある。このため、盲目的な使用に注意が必要である。線形行列因子分解モデルを用いた解析的洞察とシミュレーションデータによる実験を通じて、この問題を軽減するアプローチを提案している。

Stats

コサイン類似度は、学習された埋め込み間の意味的類似性を測定する際に一般的に使用されている。
線形行列因子分解モデルでは、コサイン類似度は正則化技術の影響を受け、意味のない結果をもたらす可能性がある。
実験では、λ = 10,000およびλ = 100など異なる正則化パラメーターで学習された結果が比較されている。

Citations

"it has, however, also become a very popular measure of semantic similarity between the entities of interest"
"While there are countless papers that report the successful use of cosine similarity in practical applications"
"We caution against blindly using cosine-similarity and outline alternatives"

Idées clés tirées de

Is Cosine-Similarity of Embeddings Really About Similarity?

by Harald Steck... à arxiv.org 03-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.05440.pdf

Questions plus approfondies

コサイン類似度以外の代替手段は何か？

コサイン類似度以外の代替手段として、モデルをコサイン類似度に対して直接学習させる方法や、埋め込み空間から元の空間に戻す方法があります。具体的には、埋め込み空間で学習されたユーザーおよびアイテムの埋め込みを元の空間に射影し、そこでコサイン類似度を適用することが考えられます。また、統計学ではデータを標準化する方法や深層学習では負例抽出や逆確率スケーリングなども利用されており、これらもコサイン類似度の代替手段として考えられます。

埋め込み空間から元の空間に戻す方法はどういうものか？

埋め込み空間から元の空間に戻す方法は、学習された埋め込み行列を使用して元の特徴量表現（原点）へ逆変換するプロセスです。この場合、通常は特異値分解（SVD）などが使用されています。具体的には、SVDを適用し得られた左特異ベクトル行列Uと右特異ベクトル行列Vを使って逆変換を実施します。この操作により、埋め込まれたデータが再び元の表現形式で取得されるため、その後コサイン類似度などが適用可能となります。

深層モデルにおける異なる正則化方法の組み合わせがコサイン類似度に与える影響は？

深層モデル内で異なる正則化手法が組み合わさった場合、「D」行列（論文中で言及されていました）やそれ相当する要素が各レイヤーごとまたは各次元ごとに制御した際、「D」行列やその効果が最終的な埋め込まれた次元上でスケーリング効果を持つことから生じる影響が予想されます。これら多様性あふれるスケーリング効果は最終的なコサイン類似度計算時でも不透明性や意味不明さを引き起こす可能性があります。したがって深層モデル内部では正則化手法同士及び各レイヤーごと・次元ごとで一貫性ある認識・処理方針確立する必要性等示唆されています。