迁移学习让AI更好地理解上下文：Salesforce新论文

李林 编译整理 量子位 报道 | 公众号 QbitAI

让神经网络理解每个词的意思很容易，但上下文、词语之间的关系，依然是自然语言处理(NLP)中的难题。

Salesforce的一群NLP研究者发现，搞图像识别的同行们有个不错的办法，值得一试。

在图像识别领域，把ImageNet上预训练的CNN拿来，用在其他图像识别模型中，已经成为一种惯例。这种把训练好的模型参数迁移到新模型的方法，也就是这两年大热的迁移学习。

理解上下文，就是一个非常适合迁移学习的问题。

Learned in Translation

我们所能想到的大部分NLP任务，都有“理解上下文”的需求。

机器翻译模型需要知道英语句子中的这些词是怎样组合在一起的，才能正确地把它翻译成其他语言；自动文本摘要模型需要了解上下文，才能知道哪些词是最重要的；问答模型需要知道问题中的词如何与文档中的词关联。

既然大家都需要，那能不能选一个任务训练一个“理解上下文”的组件，然后用到其他任务中呢？

△ 用机器学习预训练一个编码器，得到的上下文向量(CoVe)能提升其他NLP模型的表现

Saleforce的新论文Learned in Translation: Contextualized Word Vectors讲的就是这个问题。

Bryan McCann等研究员先通过英语-德语翻译任务，训练一个神经网络模型在上上文中理解词语，得到名为“上下文向量(context vectors, CoVe)”的输出。

然后，他们把CoVe用到了语义情感分析、问题分类、文本蕴含、问答等多种NLP任务上，这些模型的性能都得到了提升。

词向量

如今大部分NLP深度学习模型，都靠词向量(word vectors)来表示词义。在为特定任务训练模型之前，词向量可能是随机的数字，也可能用用word2vec、GloVe、FastText等方法进行了初始化。

word2vec和GloVe生成的词向量，与在自然语言中经常与这个词共现的词相关，其中word2vec模型会根据输入词来预测周围的相关词语，而GloVe在此基础上，还会统计两个词共同出现的频率。

在一个NLP任务中使用word2vec和GloVe训练的词向量，比随机初始化的词向量效果要好，但是还有改进的空间：

模型需要知道怎样使用这些词向量，也就是如何把它们置于上下文之中。

理解上下文

要在上下文中理解词语，通常会用到循环神经网络(RNN)。RNN非常适合处理词向量序列，本文作者为了更好地处理长序列，使用了一种特殊的RNN结构：长短时记忆网络(LSTM)。

这个LSTM是一个编码器，它以词向量作为输入，输出隐藏向量。研究员们尝试预训练这个编码器，让它输出在多种NLP任务上通用的隐藏向量。

用什么任务来进行预训练呢？他们选择了机器翻译。

与其他NLP任务相比，机器翻译有着更大规模的数据集，也更适合用来训练通用隐藏向量：它比文本分类等任务更需要软件理解语言的含义。

预训练完成后，研究员们得到一个LSTM，称为MT-LSTM，可以用来为新句子输出隐藏向量。他们称这些隐藏向量为CoVe，可以作为其他NLP模型的输入。

迁移效果

Salesforce研究员探索了在文本分类和问答模型上使用CoVe的效果。

他们使用了下列数据集：

• 情感分类
  • SST-2 https://nlp.stanford.edu/sentiment/treebank.html
  • SST-5 https://nlp.stanford.edu/sentiment/treebank.html
  • IMDb http://ai.stanford.edu/~amaas/data/sentiment/
• 问题分类
  • TREC-6 http://cogcomp.cs.illinois.edu/Data/QA/QC/
  • TREC-50 http://cogcomp.cs.illinois.edu/Data/QA/QC/
• 蕴含分类
  • SNLI https://nlp.stanford.edu/projects/snli/
• 问答
  • SQuAD https://rajpurkar.github.io/SQuAD-explorer/

在每一类任务上，他们都对不同方法做了比较，也就是使用以下类型的输入序列：随机初始化词向量、用GloVe初始化的词向量、经GloVe+CoVe初始化的词向量。

GloVe和CoVe一起用时，需要用预训练的MT-LSTM来处理GloVe的输出序列，得到CoVe序列，然后将其中的每个向量加在GloVe序列中相应的向量之上。

结果显示，GloVe和CoVe一起用效果是最好的：

在这些任务上，都是机器学习训练集越大，使用CoVe的效果就越好：

结论

简单概括起来，这项研究就是说，让AI学一学翻译，能帮它更好地理解语言，在分类、问答等等其他NLP任务上都会有更好的表现。?

相关链接

博客文章： https://einstein.ai/research/learned-in-translation-contextualized-word-vectors

论文： Bryan McCann, James Bradbury, Caiming Xiong, and Richard Socher. 2017. Learned in Translation: Contextualized Word Vectors https://einstein.ai/static/images/layouts/research/cove/McCann2017LearnedIT.pdf

PyTorch代码： https://github.com/salesforce/cove

word2vec： https://www.tensorflow.org/tutorials/word2vec

GloVe： https://nlp.stanford.edu/projects/glove/

FastText： https://github.com/facebookresearch/fastText