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MinHash簡介
傳統的hash算法只負責將原始內容儘量均勻隨機地映射為一個簽名值,原理上相當於偽隨機數產生算法。傳統hash算法產生的兩個簽名,如果相等,說明原始內容在一定機率下是相等的;如果不相等,除了說明原始內容不相等外,不再提供任何信息,因為即使原始內容只相差一個位元組,所產生的簽名也很可能差別極大。從這個意義上來說,要設計一個hash算法,對相似的內容產生的簽名也相近,是更為艱難的任務,因為它的簽名值除了提供原始內容是否相等的信息外,還能額外提供不相等的原始內容的差異程度的信息。
MinHash也是LSH的一種,可以用來快速估算兩個集合的相似度。MinHash由Andrei Broder提出,最初用於在搜尋引擎中檢測重複網頁。它也可以套用於大規模聚類問題。
MinHash原理
Jaccard index
Jaccard index是用來計算相似性,也就是距離的一種度量標準。假如有集合A、B,那么
J(A,B)=(A intersection B)/ (A union B)
也就是說,集合A,B的Jaccard係數等於A,B中共同擁有的元素數與A,B總共擁有的元素數的比例。很顯然,Jaccard係數值區間為[0,1]。
MinHash
先定義幾個符號術語:
h(x): 把x映射成一個整數的哈希函式。
hmin(S):集合S中的元素經過h(x)哈希後,具有最小哈希值的元素。
那么對集合A、B,hmin(A) = hmin(B)成立的條件是A ∪ B 中具有最小哈希值的元素也在 A ∩ B中。這裡
有一個假設,h(x)是一個良好的哈希函式,它具有很好的均勻性,能夠把不同元素映射成不同的整數。
所以有,Pr[hmin(A) = hmin(B)] = J(A,B),即集合A和B的相似度為集合A、B經過hash後最小哈希值相
等的機率。
有了上面的結論,我們便可以根據MinHash來計算兩個集合的相似度了。一般有兩種方法:
第一種:使用多個hash函式
為了計算集合A、B具有最小哈希值的機率,我們可以選擇一定數量的hash函式,比如K個。然後用這K個hash函式分別對集合A、B求哈希值,對
每個集合都得到K個最小值。比如Min(A)k={a1,a2,...,ak},Min(B)k={b1,b2,...,bk}。
那么,集合A、B的相似度為|Min(A)k ∩ Min(B)k| / |Min(A)k ∪ Min(B)k|,即Min(A)k和Min(B)k中相同元素個數與總的元素個數的比例。
第二種:使用單個hash函式
第一種方法有一個很明顯的缺陷,那就是計算複雜度高。使用單個hash函式是怎么解決這個問題的呢?請看:
前面我們定義過 hmin(S)為集合S中具有最小哈希值的一個元素,那么我們也可以定義hmink(S)為集合S中具有最小哈希值的K個元素。這樣一來,
我們就只需要對每個集合求一次哈希,然後取最小的K個元素。計算兩個集合A、B的相似度,就是集合A中最小的K個元素與集合B中最小的K個元素
的交集個數與並集個數的比例。