說明：文章內(nèi)容來源于課程視頻和課程ppt。我只學習了課程沒有做習題。文章不是翻譯，是我對課程的理解。
　這部分本應(yīng)該繼續(xù)說反饋(FeedBack)的。但是課程中安排的是評估(Evaluation)。評估是用于衡量搜索引擎質(zhì)量的。反饋是為了提高搜索引擎質(zhì)量而進行的操作。所以在講反饋之前需要先說明評估。

1為什么做評估

　為什么要評估搜索引擎呢？一方面是為了評估搜索引擎是否有用，另一方面用于比較不同算法、不同文本搜索系統(tǒng)的有效性。

2評估什么

　1 準確性accuracy。可以衡量搜索結(jié)果的準確程度，是不是把無關(guān)數(shù)據(jù)放在top列表中了。
　2 有效性(efficiency)。系統(tǒng)可以在多長時間內(nèi)返回搜索結(jié)果。一次搜索需要多少資源。主要從space和 time overhead兩方面衡量。
　3 有用性usability。搜索系統(tǒng)對用戶是有用的嗎？通過研究用戶行為得出結(jié)論。

3評估方法

　Cranfield Evaluation Methodology克蘭菲爾德評價方法。主要內(nèi)容有兩點：第一、建立一個可重用的測試集。第二、定義測量標準。

3.1建一個可重用測試集

　建立可重用測試集的步驟：1 從文檔中抽樣取得部分文檔。2 從查詢集中抽樣得到部分查詢。3 (人工)判斷文檔與查詢是否相關(guān)，所有相關(guān)文檔中理想的排序方式是什么(idea ranked list)。
　

3.2評估標準

　準確率與召回率
　a=搜索到的相關(guān)文檔
　b=搜索到的不相關(guān)文檔
　c=相關(guān)文檔但是沒有搜索到
　precision=aa+b
　recall=aa+b
　理想結(jié)果是：Precision=Recall=1.0。實際中高的recall必定會有一個較低的Precision。
　一般使用中不會定義全局的準確率，而是會設(shè)置一個閥值，計算top n的準確率。例如prcision@10。
　recall與precision結(jié)合使用得到Fβ=(β2+1)P?Rβ2P+R，F1=2P?RP+R
　提問：為什么不是0.5*P+0.5*R?
　回答：這是一個求和，求和的結(jié)果由式子中的大數(shù)來決定。就是說，如果有一個P值非常高，即使R值很低，結(jié)果頁可能很高。而F1的式子，需要P和R都非常高，結(jié)果才可能非常大。

4評估排序文檔

　評估排序文檔 evaluate ranked list

4.1 設(shè)置cut off

　評估排序結(jié)果的第一步是要確定一個位置，簡單的說是每頁多少條數(shù)據(jù)。我們可以認為用戶只有很小的可能會翻頁。或者說這次引擎需要評估前兩頁數(shù)據(jù)的準確率和召回率。根據(jù)實際任務(wù)來定。這里假設(shè)cut off=10。查看前10條文檔的情況。

4.2 計算不同位置的準確率和召回率

　在前10條文檔中，我們又不知道用戶會在哪個位置停下來。我們可以先計算用戶在不同位置停止瀏覽的時候的準確率和召回率。

位置文檔準確率召回率

1	D1+	1/1	1/10
2	D2+	2/2	2/10
3	D3-	2/3	2/10
4	D4-	2/4	2/10
5	D5+	3/5	3/10
6	D6-	3/6	3/10
7	D7-	3/7	3/10
8	D8+	4/8	4/10
9	D9-	4/9	4/10
10	D10-	4/10	4/10

　
　可以看到隨著位置增加，準確率逐漸降低，召回率逐漸增加。所以我們可以假設(shè)cut off(例如：10)之后的每個位置的準確率為0。
　

　

4.3 比較兩種算法

　比較兩種算法就是比較兩種算法的P-R曲線。
　
　
　如果算法A、B的效果可以用上圖表示，毫無疑問算法A要優(yōu)于算法B。因為在每一個相同召回率的點上，A的準確率>B的準確率。
　
　
　如果算法A、B的效果用上面的圖表示，那哪種算法好呢？我們是否應(yīng)該用算法B替換算法A呢？在最前面的位置，算法B具有較高的準確率；總體來看，算法A具有較高的召回率。如果是今日頭條這樣的場景，一個用戶就想知道今天或者近幾個小時發(fā)生了什么事情，而且還不一定看幾條數(shù)據(jù)就不停下來了。所以最前面的數(shù)據(jù)一定要是準確的，要求高的準確率。這時候算法B比較好。如果這是一個科技查新的系統(tǒng)，是一個專利調(diào)研項目，想要知道哪類技術(shù)是不是已經(jīng)研究過，或者進行了哪方面的研究，這時候有一些錯誤數(shù)據(jù)是可以的，但是一定要保證相關(guān)的文獻能被查詢到。也就是說要有較高的召回率。這時候選擇算法Ａ。

4.4 summarize a ranking

　概述排序文檔：平均準確率。
　上面例子的平均準確率=11+22+35+48+0+0+0+0+0+010，這里的分母=相關(guān)文檔的數(shù)量。這里有幾個問題。
　問題1：相關(guān)文檔的數(shù)量是在cut off范圍內(nèi)，還是在所有數(shù)據(jù)范圍內(nèi)？我比較偏向于前者。因為這是評價Top k 排序結(jié)果的。如果你要評價前10條數(shù)據(jù)，但在數(shù)據(jù)集中相關(guān)文檔只有8，那這個時候分母就應(yīng)該是8。
　問題2：分母為什么不是4，也就是查詢到的相關(guān)文檔數(shù)量？作者的解釋，我看得不是很明白。
　“In fact, that you are favoring a system, that would retrieve very few random documents, as in that case, the denominator would be very small. So, this would be, not a good matching. ”
　大意是說：分母很小，我可以從數(shù)據(jù)中隨機選擇幾個文檔，就能提高準確率。（大概是這意思）。
　好處：這樣的計算結(jié)果同時考慮了準確率和召回率，而且還與相關(guān)文檔的位置有關(guān)系。在上面例子中如果把D5移動到D3，計算結(jié)果就會變大（因為分子的35變成了33）。

4.5 MAP

　平均準確率衡量了一個檢索結(jié)果列表的好壞。那如果是一個查詢（檢索表達式）集合呢？之前提到可重用的測試集是由文檔集和查詢集組成的。
　MAP=Mean Average Precision 平均準確率的平均值。可以用來表示一個查詢集的檢索結(jié)果的好壞。
　MAP分為算術(shù)平均準確率(MAP)和幾何平均準確率(gMAP)。
　MAP=1n∑ni=1pi。它主要由大數(shù)控制。如果一個數(shù)非常大，而其他值非常小，最后的結(jié)果頁可能非常大。
　gMAP=(∏ni=1pi)1n。它主要由一些較小的數(shù)控制。它要求所有數(shù)都比較大，結(jié)果才能比較大。
　
　如果要衡量搜索引擎的搜索效果，想要提高（幾乎）所有查詢語句的搜索效果，顯然gMAP更合適。如果只需要提高部分查詢的檢索結(jié)果，那MAP可能更合適。
　
　特殊情況：只有一個相關(guān)文檔。例如：問答系統(tǒng)，只有一個答案正確；或者頁面中只有一個位置展示相關(guān)文檔。這樣：
　平均準確率=Reciprocal Rank=1/r。r是相關(guān)文檔在檢索結(jié)果中的排序位置。
　MAP=Mean Reciprocal Rank
　r代表了用戶想要看到相關(guān)文檔需要的努力程度。如果r=1，用戶看1篇文檔就找到了相關(guān)文檔。如果r=100，用戶就需要看100篇文檔才能找到相關(guān)文檔（已然放棄）。為什么不用r表示搜索效果的好壞呢？在多個查詢結(jié)果中，假設(shè)有三個查詢結(jié)果，相關(guān)文檔的位置分別是4、5、3。一種表示方式是：14+15+13，另外一種表示方式是：{4+5+3}。在第一種方式中，結(jié)果大，就代表效果好；第二種方式結(jié)果大，代表效果差，思維不同。人們對于14與15的差別，和對4與5的差別的感覺是不一樣的，前者能感覺到更有差距。

4.6 多級別相關(guān)性排序評價

　上面介紹的都是一個文檔要么相關(guān)，要么不相關(guān)。實際中我們會給文檔分成不同級別的相關(guān)性。例如r=1：不相關(guān)；r=2：有點相關(guān)；r=3：非常相關(guān)。我們這里假設(shè)關(guān)心top10結(jié)果。

文檔相關(guān)性相關(guān)性累加Discounted Cumulative Gain

D1	3	3	3
D2	2	3+2	3+2/log2
D3	1	3+2+1	3+2/log2+1/log3
D4	1	3+2+1+1	3+2/log2+1/log3+1/log4
D5	3	…	…
D6	1	…	…
D7	1	…	…
D8	2	…	…
D9	1	…	…
D10	1	….	..

　相關(guān)性累加(Cumulative Gain)是把結(jié)果中每個文檔的相關(guān)性等級相加。
　帶折扣的相關(guān)性累加（Discounted Cumulative Gain，DCG）是在相加過程中依據(jù)位置因素帶了折扣：等級／logr,r=位置。
　最后還要計算正則化的DCG，用于不同查詢之間的比較，表示為nDCG=DCG@10IdealDCG@10。
　DCG@10=3+2/log2+1/log3+...+1/log10
　IdealDCG@10是對于某個搜素最理想情況下的DCG值。如果對于當前查詢，文檔集中有9篇非常相關(guān)文檔（3級），一篇有點相關(guān)文檔（2級），那么IdealDCG@10=3+3/log2+3/log3+...+2/log10
　nDCG的范圍就是0-1之間，用于衡量不同級別相關(guān)性的搜索。
　

5 評估問題實際中的問題

　在評估中我們需要創(chuàng)建一個文檔集、查詢集以及相關(guān)評價集。在實際中這幾方面都是很有挑戰(zhàn)的。
　首先，我們選擇的文檔和查詢語句要具有代表性，能代表了真實的用戶需求。
　其次，文檔和查詢的量要大，盡量數(shù)據(jù)的抽樣不均衡（這里可以翻譯的更好點）。對于每個查詢，要保證有很多的相關(guān)文檔。
　第三，對每個查詢的每個文檔的相關(guān)性需要大量的人工標記。這是一個勞動密集型的事情，所以我們需要盡可能少的使用人力。
　第四，在制定相關(guān)度級別方面，我們需要認真考慮什么是用戶想要的，再考慮定什么樣的相關(guān)度級別是合適的。
　
　

5.1 統(tǒng)計顯著性檢驗

　統(tǒng)計顯著性測試(statistical significant test)用來解決這樣的問題:我們通過試驗比較算法A和算法B誰更好,計算得到平均值之后,我們怎么確定較好的算法是不是因為某幾個特定的查詢引起的.也就是說對于結(jié)果較好的算法,是幾乎在每個查詢上表現(xiàn)都好,還是只在某些查詢上表現(xiàn)優(yōu)異.例如下圖。我們得到的試驗結(jié)果有多少可信度。

　首先看一個符號測試Sign Test。如果SystemB比SystemA好，則標記為+，否則標記為-。7個查詢中4個位+，3個位-，這和拋7枚硬幣得到的結(jié)果相同，所以這個結(jié)果完全是隨機因素影響的，p=1.0。
　其次看Wilcoxon檢驗法。Wilcoxon檢驗法同時考慮了符號和差值大小。我們需要考慮在一定的置信水平上（例如α=0.95），計算得到的|W|值是否在臨界值范圍外。詳細內(nèi)容看看統(tǒng)計學課本或者Wikipedia。

5.2 Judgments

　如果我們不能對所有文檔的相關(guān)性做相關(guān)性標記，那我們應(yīng)該選擇哪部分文檔去標注相關(guān)性呢呢？抽樣。要盡可能選擇多樣性的文檔；選擇Top k文檔（多個算法可能會選到重復的文檔）；把N個算法選出的文檔作為測試集，人工標記相關(guān)性；其余未被選中的文檔被認為是不相關(guān)文檔。

6 未涉及到的相關(guān)策略

　A-B Test
　用戶學習
　可以參考的資料:
　Donna Harman, Information Retrieval Evaluation. Synthesis Lectures on Information Concepts, Retrieval, and Services, Morgan & Claypool Publishers 2011
　Mark Sanderson, Test Collection Based Evaluation of Information Retrieval Systems. Foundations and Trends in Information Retrieval 4(4): 247-375 (2010)
　Diane Kelly, Methods for Evaluating Interactive Information Retrieval Systems with Users. Foundations and Trends in Information Retrieval 3(1-2): 1-224 (2009)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的文本搜索系统的评估的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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