ElemedexEnciclopedia de bolsillo de arquitecturas de IA
N.º 002

Modelo de n-gramas

Markov language model

Contador de palabras

Nunca mira más de un par de palabras hacia atrás, y aun así escribe un inglés casi pasable. Su primer entrenador fue un matemático que abría libros al azar. Si se topa con una frase que nunca vio, la declara imposible, salvo que alguien le haya enseñado a sumar uno.

Altura
— (una tabla de conteos)
Peso
de una página de tablas a miles de millones de conteos
Parámetros
hasta Vⁿ probabilidades condicionales
Contexto
n − 1 palabras (típicamente 1–4)
Datos de entrenamiento
Shannon: libros · Google: 10¹² palabras (≈ 10⁹ cinco-gramas)
Año
1948
Generación
1 · Cibernética y símbolos
Creadores
Claude E. Shannon (Bell Labs), after Andrei A. Markov (1913)
Clase
Modelo

Estadísticas base

Total
255

Escalas ordinales y aproximadas, pensadas para comparar especies entre sí; los números duros están en la ficha.

Debilidades

  • Dispersión: la inmensa mayoría de las secuencias posibles nunca aparece en el corpus.
  • Explosión combinatoria: con un vocabulario de V palabras hay Vⁿ contextos posibles.
  • Miopía: no ve dependencias más largas que su ventana, como la concordancia a distancia.
  • Cada palabra es un símbolo aislado: saber algo de «gato» no le enseña nada sobre «perro».

Hábitat

Nació entre tablas de frecuencias de letras tomadas de un manual de criptografía y libros abiertos al azar. Pasó décadas dentro de reconocedores de voz, traductores estadísticos y correctores ortográficos. Hoy sobrevive como línea de base, en la lingüística de corpus y en la pregunta que los LLM siguen respondiendo: ¿qué viene después?

Movimientos

Habilidades

Supuesto de Markov
La probabilidad de cada palabra depende solo de las n − 1 anteriores: todo el pasado se reduce a una ventana fija.
Aprender es contar
Las probabilidades se estiman como frecuencias relativas en el corpus; no hay pesos que ajustar ni gradientes.
Suavizado
Sumar pseudoconteos (Laplace, Dirichlet y variantes) para que una secuencia no vista no reciba probabilidad cero.

Anatomía

consultaCorpus de textoContar n-gramasNormalizar y suavizarTabla P(w | contexto)«…el gato se»Buscar la fila del contextoSortear la palabra siguiente«sentó»EntrenamientoGeneración

Un trigrama (n = 3): el contexto son solo las dos últimas palabras. Entrenar es llenar la tabla contando; generar es buscar la fila del contexto, sortear una palabra según sus probabilidades, correr la ventana un lugar y repetir.

Cadena evolutiva

002 Modelo de n-gramas

Un modelo de n-gramas es la forma más simple de modelo de lenguaje: estima la probabilidad de la palabra siguiente mirando solo las n − 1 palabras anteriores, y lo hace contando. Es el antepasado directo de la pregunta que todavía se les hace a los grandes modelos: dado este fragmento, ¿qué palabras es probable que sigan? (Shanahan, 2024, p. 70).

Cómo funciona

Por la regla de la cadena, la probabilidad de una oración es el producto de las probabilidades de cada palabra dado todo lo anterior. El n-grama la simplifica con el supuesto de Markov: solo importan las últimas n − 1 palabras (un bigrama condiciona en una, un trigrama en dos). En términos de Witten et al. (2017), es un modelo de Markov de orden n − 1 (2017, pp. 403–404).

Entrenarlo es contar: en un trigrama, P(sentó | gato se) = C(gato se sentó) / C(gato se), la frecuencia relativa en el corpus. Para generar se busca la fila del contexto, se sortea la palabra siguiente, se corre la ventana un lugar y se repite: generación autorregresiva en su versión más desnuda. Se lo evalúa por su perplejidad en texto no visto.

Markov, Shannon y un libro abierto al azar

En 1913 Andréi Markov contó a mano las primeras 20.000 letras del Eugenio Oneguin de Pushkin para estudiar cómo se encadenan vocales y consonantes (Markov, 1913/2006). Treinta y cinco años después, Claude Shannon llevó la idea al inglés con una «serie de aproximaciones» que va de letras equiprobables a digramas, trigramas y, finalmente, palabras elegidas según la palabra anterior (Shannon, 1948, sec. 3). Ese último orden ya produce cosas como «THE HEAD AND IN FRONTAL ATTACK ON AN ENGLISH WRITER THAT THE CHARACTER OF THIS POINT…».

El muestreo era artesanal: abrir un libro al azar, leer hasta dar con la letra (o palabra) actual, anotar la siguiente y seguir en otra página. Shannon advirtió que ir un orden más allá exigía un trabajo enorme (1948, sec. 3), y llamó a estas fuentes «procesos de Markoff discretos» (1948, sec. 4). El significado había quedado fuera a propósito: los aspectos semánticos, escribe, son irrelevantes para el problema de ingeniería (1948, p. 379).

Límites

El problema central es la dispersión. Con un vocabulario de V palabras hay Vⁿ secuencias posibles y casi ninguna aparece en un corpus real; sin corrección, una sola secuencia no vista anula la probabilidad de toda la oración. Por eso el suavizado (el más simple, el estimador de Laplace, suma uno a cada conteo) es crítico en los órdenes altos (Witten et al., 2017, pp. 99, 404). La otra respuesta fue la escala: Google publicó conteos de unos mil millones de secuencias de cinco palabras tomadas de un corpus de un billón de palabras (2017, p. 404).

El segundo límite es la miopía. Un bigrama puede aprender que keys are es más frecuente que keys is, pero no la concordancia en «The keys to the old, wooden kitchen cabinet are on the table», con seis palabras entre sujeto y verbo (Mahowald et al., 2024). Ese fue el blanco de Chomsky (1957): ningún modelo de estados finitos genera el inglés, y la aproximación estadística no define la gramaticalidad (colorless green ideas sleep furiously) (1957, chs. 2–3). La segunda mitad del argumento envejeció peor: un bigrama por clases entrenado con texto periodístico le da a esa oración unas 200.000 veces más probabilidad que a su inversa (Pereira, 2000), resultado que Piantadosi (2024) usa contra el escepticismo chomskiano sobre la probabilidad (2024, pp. 368–369).

Descendencia

El tercer límite es que cada palabra es un símbolo aislado. El modelo neuronal probabilístico de Bengio et al. (2003) reemplazó los conteos por una red sobre vectores de palabras aprendidos, para que la similitud repartiera la evidencia; hasta entonces, los n-gramas eran uno de los enfoques dominantes (Alammar y Grootendorst, 2024, p. 88). Los LLM heredaron la tarea de Shannon y cambiaron casi todo lo demás: a diferencia de un n-grama, GPT-2 produce sobre todo secuencias de cinco o más palabras que no figuran en su entrenamiento (Mahowald et al., 2024).

Fuentes

  • Alammar, J., & Grootendorst, M. (2024). Hands-on large language models: Language understanding and generation. O’Reilly Media. §
  • Bender, E. M., & Koller, A. (2020). Climbing towards NLU: On meaning, form, and understanding in the age of data. In D. Jurafsky, J. Chai, N. Schluter, & J. Tetreault (Eds.), Proceedings of the 58th Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics (pp. 5185–5198). Association for Computational Linguistics. https://doi.org/10.18653/v1/2020.acl-main.463 §
  • Bengio, Y., Ducharme, R., Vincent, P., & Jauvin, C. (2003). A neural probabilistic language model. Journal of Machine Learning Research, 3, 1137–1155. https://www.jmlr.org/papers/v3/bengio03a.html §
  • Chomsky, N. (1957). Syntactic structures. Mouton. https://doi.org/10.1515/9783112316009 §
  • Firth, J. R. (1957). A synopsis of linguistic theory, 1930–1955. In Studies in linguistic analysis (pp. 1–32). Blackwell. §
  • Harris, Z. S. (1954). Distributional structure. Word, 10(2–3), 146–162. https://doi.org/10.1080/00437956.1954.11659520 §
  • Mahowald, K., Ivanova, A. A., Blank, I. A., Kanwisher, N., Tenenbaum, J. B., & Fedorenko, E. (2024). Dissociating language and thought in large language models. Trends in Cognitive Sciences, 28(6), 517–540. https://doi.org/10.1016/j.tics.2024.01.011 §
  • Markov, A. A. (2006). An example of statistical investigation of the text Eugene Onegin concerning the connection of samples in chains (G. Custance & D. Link, Trans.). Science in Context, 19(4), 591–600. https://doi.org/10.1017/S0269889706001074 (Original work published 1913) §
  • Mitchell, M. (2019). Artificial intelligence: A guide for thinking humans. Pelican Books. §
  • Pereira, F. (2000). Formal grammar and information theory: Together again? Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 358(1769), 1239–1253. https://doi.org/10.1098/rsta.2000.0583 §
  • Piantadosi, S. T. (2024). Modern language models refute Chomsky’s approach to language. In E. Gibson & M. Poliak (Eds.), From fieldwork to linguistic theory: A tribute to Dan Everett (pp. 353–414). Language Science Press. https://doi.org/10.5281/zenodo.12665933 §
  • Shanahan, M. (2024). Talking about large language models. Communications of the ACM, 67(2), 68–79. https://doi.org/10.1145/3624724 §
  • Shannon, C. E. (1948). A mathematical theory of communication. Bell System Technical Journal, 27(3), 379–423; 27(4), 623–656. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x §
  • Witten, I. H., Frank, E., Hall, M. A., & Pal, C. J. (2017). Data mining: Practical machine learning tools and techniques (4th ed.). Morgan Kaufmann. https://doi.org/10.1016/C2015-0-02071-8 §