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| 本文作者： AI研習(xí)社-譯站 | 2018-08-08 10:47 |
雷鋒網(wǎng)按：本文為雷鋒字幕組編譯的研究博客，原標(biāo)題 The Current Best of Universal Word Embeddings and Sentence Embeddings ，作者 Thomas Wolf。
翻譯 | 付騰、汪星宇 整理 | 凡江
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詞與句的嵌入模型已經(jīng)是目前任何以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的 NLP 系統(tǒng)的核心部件了。
它們將詞和句編碼成為固定長度的密度向量，以此來大幅提升文本數(shù)據(jù)的處理性能。
目前一個大趨勢就是：如何構(gòu)建通用嵌入系統(tǒng)。通用嵌入系統(tǒng)是已經(jīng)在大量的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了訓(xùn)練的系統(tǒng)，這種訓(xùn)練好的系統(tǒng)能夠被用于大量的下游任務(wù)模型當(dāng)中（情感分析，分類，翻譯，等等），以此來自動提升這些任務(wù)模型的性能，因為通用嵌入系統(tǒng)已經(jīng)在大型的數(shù)據(jù)集上學(xué)習(xí)到了一些基本的詞/句的表征特點，來和任務(wù)模型進(jìn)行配合。
這就是一種形式的遷移學(xué)習(xí)。
目前對句子的非監(jiān)督的表征學(xué)習(xí)已經(jīng)是一種常態(tài)，并且持續(xù)了很長一段時間，但是在過去的幾個月里，尤其是在 2017 年末至 2018 年初，出現(xiàn)了很多有趣的可遷移的監(jiān)督學(xué)習(xí)和多任務(wù)學(xué)習(xí)方案。
目前通用詞/句嵌入模型的趨勢。在這片文章中，我們會介紹上圖中以黑色字體標(biāo)識的模型。相關(guān)的具體文獻(xiàn)會在本文結(jié)尾列出。
這篇文章只是對目前最新的通用詞/句嵌入系統(tǒng)的大概介紹，此外，深入介紹了一些模型的細(xì)節(jié)，包括：
性能好/速度快的基線模型： 比如 FastText，詞袋（BoW）
目前最新的模型：ELMo, Skip-Thoughts, Quick-Thoughts, InferSent, MILA/MSR’s General Purpose Sentence Representations & Google’s Universal Sentence Encoder
讓我們從詞嵌入模型開始吧。
在過去五年的時間里，很多可能的詞嵌入方法被提出。其中最常用的包括 Word2vec 和 GloVe，它們采用的都是非監(jiān)督的方法，也都是基于詞義分布理論 distributional hypothesis 來構(gòu)建的（即某些詞如果出現(xiàn)于相同上下文中則它們可能具有相同或類似的意義）。
雖然同時期也有一些研究提出了結(jié)合傳統(tǒng)詞義和句法知識且基于非監(jiān)督的方法，但是在 2017 到 2018 年間，純粹的非監(jiān)督方法依然有可喜的進(jìn)展，其中最受矚目的就是 FastText（word2vec 模型的擴展）和 ELMo（最新的基于上下文的詞向量模型）。
FastText 是 Tomas Mikolov 團隊的杰出作品，這引爆了對于通用詞嵌入模型的研究熱情。（Tomas Mikolov 同時也是在 2013 年提出 word2vec 架構(gòu)的始作俑者。）
FastText 相對于原版的 word2vec 向量主要提升包括基于字符的 ngrams 的模型。這種模型可以讓詞嵌入模型計算出訓(xùn)練數(shù)據(jù)當(dāng)中沒有出現(xiàn)的詞的表征向量（即詞典之外的詞）。
FastText 向量 的訓(xùn)練速度堪稱急速，并且提供基于 Wiki 百科和 Crawl 數(shù)據(jù)集的預(yù)訓(xùn)練模型，支持多達(dá) 157 種語言。這些都是很重要的基準(zhǔn)模型。
深度上下文詞表征 模型（ELMo）最近在詞嵌入方面的性能提升同樣引人側(cè)目。ELMo 是由 Allen AI 研究院提出并且開源，并且被 NAACL 2018 收錄，將會在 2018 年六月上旬大會期間進(jìn)行展示。
ELMo 對于詞一級的上下文知道不少。
在 ELMo 模型當(dāng)中，每個詞都被賦予一個表征，這個表征是一個函數(shù)，代表它們所屬整個語料庫的語句的一個函數(shù)。從兩層雙向語言模型（LM）的內(nèi)部狀態(tài)計算嵌入，因此從語言模型命名為「ELMo」：Embeddings from Language Models。
ELMo 的具體特點：
ELMo 的輸入是字符而不是詞。這讓 ELMo 可以獲得 分詞單元 一級的優(yōu)勢，從而讓模型能夠為 詞典外單詞 計算出有意義的表征（與 FastText 類似）。
ELMo 是好幾層激活的 biLM 的 并列組合。不同層的語言模型編碼了相同單詞的不同信息（比如，POS 標(biāo)識能夠被底層 biLSTM 很好的預(yù)測，同時高層的 biLM 模型能很好的完成詞義的消歧）。將所有層并列組合能夠?qū)⒋罅康男畔⒔Y(jié)合然后賦予詞表征向量，以此提高下游任務(wù)模型的性能。
接下來，讓我們看看通用句嵌入模型吧。
目前在句嵌入模型領(lǐng)域 有很多相互競爭的方案。簡單的基線模型比如 基于詞嵌入的平均方法就不斷的有更好的結(jié)果出現(xiàn)，一些新奇的非監(jiān)督和監(jiān)督方法和一些多任務(wù)學(xué)習(xí)方案，在 2017 年末和 2018 年初出現(xiàn)，并且引領(lǐng)了有趣的性能提升。
讓我們趕快看看目前較新的四類方法： 從簡單的詞向量平均基線模型到一些新奇的非監(jiān)督和監(jiān)督方法，和一些多任務(wù)學(xué)習(xí)方案（如前文所述）。
先說說在這個領(lǐng)域的共識，那就是最簡單的方法： 直接對一個句子中的詞嵌入向量求平均值（簡稱 BoW 方法），已經(jīng)能夠提供足夠好的基線性能，并且適合大部分下游任務(wù)。
計算此類基線方法中有一個比較好的算法，具體細(xì)節(jié)可以參考 Arora et al. 發(fā)表在 ICLR 2017 年的文章。標(biāo)題是：A Simple but Tough-to-Beat Baseline for Sentence Embeddings。具體的實施方法就是使用任意一種詞嵌入，然后對句子當(dāng)中的詞向量 進(jìn)行線型加權(quán)的整合。然后對所得向量進(jìn)行正常的成分移除（即 移除 向量在其第一主成分的低緯度方向上的 投影）。這個簡單的方法背后的理論動機深厚且強大。這個理論是基于生成模型的原理，就是利用話語向量的隨機游動來生成文本（此處我們就不討論理論細(xì)節(jié)了）。
這是一個 Hugging Face（一個社交對話 AI）對話的熱詞圖詞袋。詞袋（BoW）的 排序比較松散，但是卻很神奇的保存了大量的語義和句法 的內(nèi)容信息。這是一個有趣的結(jié)論，也是 Conneau 等人的成果，文章發(fā)于 ACL 2018。
超越簡單的求平均，第一個重要的提案就是利用非監(jiān)督來達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)。這也是 Jamie Kiros 及其同事在 2015 年 提出的 Skip-thoughts vectors 方法。
基于非監(jiān)督學(xué)習(xí)的句嵌入方案其實是一個副產(chǎn)品。而這個副產(chǎn)品的本來目標(biāo)其實是希望模型能夠?qū)W會預(yù)測 一個連貫一致的句子，或者至少是一個連貫的句子摘要。這些方法（理論上）能夠利用任何文本數(shù)據(jù)，只要文本數(shù)據(jù)中存在句子或者摘要，并且是連貫且并列的方式組織起來的。
Skip-thoughts vectors 模型就是一個典型的基于非監(jiān)督學(xué)習(xí)的句嵌入模型。它可以與另一種模型等價，那就是基于skip-gram 模型的句嵌入模型。這種模型的原型其實是基于 skip-gram 詞嵌入。它的的特點就是：與其預(yù)測某個具體單詞 的上下文可能出現(xiàn)的單詞，不如預(yù)測某個給定的句子的上下文可能出現(xiàn)的句子。這個模型包含一個 基于 RNN 的編碼-解碼器，而這個編碼-解碼器就是被訓(xùn)練用來重構(gòu)上下文句子的，前提是一個具體的句子已經(jīng)給定。
Skip-Thought 這篇文章有一個很有趣的結(jié)論，那就是詞匯擴展方案。Kiros 小組處理未出現(xiàn)生詞的方法，尤其是在模型訓(xùn)練階段，就是 從 RNN 詞嵌入空間和另外一個大型的詞嵌入模型（比如 word2vec）之間的線性轉(zhuǎn)換當(dāng)中學(xué)習(xí)到生詞的向量。
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