Task 8 - Macedonian
Задача 8
Контекст:
Во статистичкото машинско преведување, чест подпроблем е подредување на зборови. Даден е „зборовен џеб“ (множество измешани зборови) и мора да го реконструирате оригиналниот редослед на реченицата за да ја максимизирате веројатноста на секвенцата.
Нека \(W = \{w_1, w_2, \dots, w_N\}\) е множество од \(N\) единствени зборови.
Даден ви е биграм јазичен модел, \(P(w_j | w_i)\), кој ја дава веројатноста дека зборот \(w_j\) следи по зборот \(w_i\).
Постојат два специјални токени: \(⟨\text{S}⟩\) (Почеток) и \(⟨\text{E}⟩\) (Крај). Реченицата мора да започне со \(⟨\text{S}⟩\) и да заврши со \(⟨\text{E}⟩\).
Цел:
Најдете пермутација \(\pi\) на зборовите во \(W\) што ја максимизира веројатноста на реченицата:
\[
P(\pi) = P(w_{\pi_1} | ⟨\text{S}⟩) \times \left( \prod_{i=1}^{N-1} P(w_{\pi_{i+1}} | w_{\pi_i}) \right) \times P(⟨\text{E}⟩ | w_{\pi_N})
\]
За да се примени A* алгоритмот, овој проблем на максимизација го трансформираме во проблем на минимизација со дефинирање на трошокот на транзиција помеѓу збор \(u\) и збор \(v\) како негативен лог-веројатност:
\[
C(u, v) = -\ln(P(v | u))
\]
Дел A: Формализација на состојбениот простор
Формализирајте го овој проблем како пребарување во граф на состојби погоден за A* алгоритмот.
Конкретно, дефинирајте
-
- Структура на состојба \(n\).
- Почетна состојба и целна состојба.
- Функција на наследници (како се генерираат транзициите) и акумулираниот трошок \(g(n)\).
[3 поени]
Дел B: Дизајн на хевристика
Клучната тешкотија лежи во факторијалната структура на просторот за пребарување (\(N!\)), што прави тривијална хевристика (на пр., \(h=0\)) пресметковно неизводлива дури и за умерени големини на влез (на пр., \(N > 15\)).
Дизајнирајте нетривијална хевристика \(h(n)\) што го проценува преостанатиот трошок за довршување на реченицата. Вашата хевристика мора да ги исполнува следните критериуми:
-
- Мора да биде допуштлива (admissible).
- Мора да биде монотона (конзистентна).
Дефинирајте ја вашата хевристика математички. Засега не треба да ги докажувате својствата, но мора да ја објасните логиката зад дизајнот.
Насока: Разгледајте го множеството зборови што сè уште не се поставени. Во валидна завршена реченица, секој од овие зборови мора да има точно една влезна гранка.
[5 поени]
Дел C: Теоретски докази
Користејќи ја хевристиката \(h(n)\) што ја дефиниравте во Дел B, дадете формални докази за следните својства:
-
- Допуштливост: Докажете дека \(h(n) \le h^*(n)\), каде \(h^*(n)\) е вистинскиот минимален трошок до целта.
- Монотоност: Докажете дека \(h(n) \le cost(n, n') + h(n')\), каде \(n'\) е наследник на \(n\).
[5 поени]
[Вкупно 13 поени]