Why Is My Skip-Gram Implementation Producing Incorrect Results?

I’m implementing a Skip-Gram model for Word2Vec using Python. However, my model doesn’t seem to be working correctly, as indicated by the resulting embeddings and their visualization. Here is an example of the 3D plot of the embeddings, which shows words clustered together and overlapping, making it difficult to distinguish between them:

I suspect that the issue lies in my implementation rather than the plotting function.

import numpy as np
from nltk.corpus import stopwords
from sklearn.manifold import TSNE
import matplotlib.pyplot as plt
import re

np.random.seed(10)

def softmax(x):
    '''
                 (xi - max{x1,x2,...,xv})
                e
    xi =    --------------
                  (xj - max{x1,x2,...,xv})
             ∑j  e
    '''
    e_x = np.exp(x - np.max(x))
    return e_x / e_x.sum()

class SkipGram:
    def __init__(self,ws=2,dim=8) -> None:
        self.X = []
        self.N = dim
        self.Y = []
        self.window_size = ws
        self.alpha = 0.1
        self.vocab = {}
        self.vocab_size = 0
        
    def __create_vocabulary(self,corpus):
        stop_words = set(stopwords.words("english"))
        filtered_corpus = []
        self.vocab_size = 0
        for i,sentence in enumerate(corpus):
            if isinstance(sentence,str) :
                corpus[i] = sentence.split()
            filtered_corpus.append([])
            j = 0
            for word in corpus[i]:
                w = re.sub(r'[^a-z]+','',word.lower())
                if w != '' and w not in stop_words:
                    corpus[i][j] = w
                    filtered_corpus[i].append(w)
                else:
                    continue
                if corpus[i][j].lower() not in self.vocab:
                    self.vocab[corpus[i][j].lower()] = self.vocab_size
                    self.vocab_size += 1
                j += 1
        return filtered_corpus
        
    def __create_context_and_center_words(self,processed_corpus):
        for sentence in processed_corpus:
            for i,word in enumerate(sentence):
                center_word = np.zeros((self.vocab_size,1))
                center_word[self.vocab[word]][0] = 1
                context = np.zeros((self.vocab_size,1))
                
                for j in range(i-self.window_size,i + self.window_size + 1):
                    if j != i and j >= 0 and j < len(sentence):
                        context[self.vocab[sentence[j]]][0] += 1
                self.X.append(center_word)
                self.Y.append(context)
        self.X = np.array(self.X)
        self.Y = np.array(self.Y)
                
        
    def initialize(self,corpus):
        corpus = self.__create_vocabulary(corpus)
        self.__create_context_and_center_words(corpus)
        self.W1 = np.random.rand(self.vocab_size,self.N)
        self.W2 = np.random.rand(self.N,self.vocab_size)
    
    def feed_forward(self,x):
        h = np.dot(self.W1.T,x) # N V . V 1 -> N 1
        u = np.dot(self.W2.T,h) # V N . N 1 -> V 1
        y = softmax(u)
        return h,u,y
    
    def backpropagate(self,x,y_actual,y_result,h):
        e = y_result - y_actual # V 1
        dw2 = np.dot(h,e.T) # N 1 . 1 V ->  N V
        eh = np.dot(self.W2,e) # N x V . V x 1 ->  N x 1
        dw1 = np.dot(x,eh.T) # V x 1 . 1 x N -> V x N
        return dw1,dw2
        
    def train(self,epochs):
        for i in range(epochs):
            loss = 0
            dw1,dw2 = np.zeros_like(self.W1),np.zeros_like(self.W2)
            for j in range(len(self.X)):
                h,_,y = self.feed_forward(self.X[j])
                a,b = self.backpropagate(self.X[j],self.Y[j],y,h)
                dw1 += a
                dw2 += b
                loss -=  np.sum(self.Y[j] * np.log(y+1e-08))
            loss /= len(self.X)
            [dw1,dw2] = [dw1/len(self.X), dw2/len(self.X)]
            self.W1 -= self.alpha * dw1
            self.W2 -= self.alpha * dw2
            print(f'Epoch : {i+1}, Loss = {loss}')
            
    def get_similar_words(self,word,n):
        if word in self.vocab:
            x = np.zeros((self.vocab_size,))
            x[self.vocab[word]] = 1
            _,_,y = self.feed_forward(x)
            output = {}
            for i in range(self.vocab_size):
                output[y[i]] = i
            words = {i:word for i,word in enumerate(self.vocab.keys())}
            context = []
            for k in sorted(output,reverse=True):
                context.append(words[output[k]])
                if len(context) == n:
                    break
            return context
        else:
            print("Given Word not found")
            
    def get_vector(self,word):
        return self.W1[self.vocab[word]]
            
    def plot(self):
        tsne = TSNE(n_components=3,random_state=0,perplexity=self.vocab_size-1)
        vectors_3d = tsne.fit_transform(self.W1)
        fig = plt.figure(figsize=(12,8))
        ax = fig.add_subplot(111,projection='3d')
        ax.scatter(vectors_3d[:,0],vectors_3d[:,1],vectors_3d[:,2],marker='o',edgecolors='k')
        for word,i in self.vocab.items():
            ax.text(vectors_3d[i,0],vectors_3d[i,1],vectors_3d[i,2],word)
        ax.set_title('Word2Vec Word Embeddings')
        ax.set_xlabel('Dimension 1')
        ax.set_ylabel('Dimension 2')
        ax.set_zlabel('Dimension 3')
        plt.show()
        
#main.py
from nltk.corpus import gutenberg

corpus = gutenberg.sents()[:40]
w2v = SkipGram(3,20)
w2v.initialize(corpus)
w2v.train(200)
w2v.plot()

I have tried adjusting the learning rate and initializing weights with different values, but the issue persists.

What might be going wrong with my implementation?

Reviewed the code for generating vocabulary and context words.
Checked the weight initialization and learning rate settings.

1

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật