Sentence transformer (Sentence-BERT) を用いた文章間の類似度測定

Sentence transformerはHugging Faceが提供する自然言語処理のライブラリであり、文や文章の意味をベクトル表現に変換する深層学習手法です。

例えば「This is a pen.」のようなある特定の文章を、例えば384個の要素から成るベクトルとして表現することができます。そして、同じような意味を持つ文章ほど、同じようなベクトルに変換されます。そのため、このベクトル表現は、文間の類似度計算や文章分類、情報検索など、様々なタスクに利用できます。

Transformerというと難しそうに感じてしまいますが、今はPythonで簡単にSentence Transformerのプログラムを実装することができます。

また、たくさんの学習済モデルが公開されているため、自分のタスクに適したモデルを探すことで、学習等をせずに活用することもできます。

今回は、Sentence transformerを用いて二つの文章の類似度を測定します。

Sentence transformerの環境構築

Sentence Transformerの環境構築は、非常に簡単です。基本的には、Pythonと必要なライブラリをインストールするだけです。以下のようにpipを利用してSentence transformerをインストールします。

pip install -U sentence-transformers

Sentence transformerで文章の類似度を測定するソースコード

以下にSentence transformerで二つの文章（”This is a cat.”と”This is a dog.”）の類似度を計算するプログラムを示します。

from sentence_transformers import SentenceTransformer, util

MODEL_NAME = 'paraphrase-MiniLM-L12-v2'

def calcCosSim(sentence1: str, sentence2: str, model) -> float:
    
    embeddings1 = model.encode(sentence1, convert_to_tensor=True)
    embeddings2 = model.encode(sentence2, convert_to_tensor=True)
    similarity_tensor = util.pytorch_cos_sim(embeddings1, embeddings2)[0][0]
    
    similarity = similarity_tensor.to('cpu').detach().numpy().copy()
    return similarity

def main():
    model = SentenceTransformer(MODEL_NAME)
    sentence1 = "This is a cat."
    sentence2 = "This is a dog."
    similarity = calcCosSim(sentence1, sentence2, model)
    print("similarity = ",similarity)
    
if __name__ == "__main__":
    main()

このコードは、2つの文の意味的な類似度を計算するプログラムです。自然言語処理において、意味が近い文同士は高い類似度を示します。

コードの主要な部分

必要なライブラリのインポート
- SentenceTransformer：文をベクトル（数値のリスト）に変換し、類似度計算を行うためのライブラリ
モデルの定義
- MODEL_NAME: 使用する事前学習済みモデルの名前を指定。このモデルは、文を意味を表すベクトルに変換するように訓練されています。
類似度計算関数calcCosSim
- 2つの文（sentence1、sentence2）を受け取り、それらをモデルを使ってベクトルに変換します。
- util.pytorch_cos_sim関数を使って、2つのベクトルのコサイン類似度を計算します。コサイン類似度は、-1（全く異なる意味）から1（非常に近い意味）までの値を取ります。
- 計算結果をcpuに転送し、NumPy配列に変換して返します。
メイン関数main
- SentenceTransformerを使ってモデルをロードします。
- 2つの文を定義します。
- calcCosSim関数を使って類似度を計算し、結果を表示します。