场景文本检测&识别学习 day07（BERT论文精读）

BERT

• 在CV领域，可以通过训练一个大的CNN模型作为预训练模型，来帮助其他任务提高各自模型的性能，但是在NLP领域，没有这样的模型，而BERT的提出，解决了这个问题
• BERT和GPT、ELMO的区别：
  1. BERT是用来预训练深双向的表示，并且使用没有标号的数据，同时上下文信息是左右都可以用来推测。而训练好的BERT只需要增加一个输出层就可以在很多NLP的任务上得到不错的结果，同时不需要对模型进行很多针对下游任务的改动
  2. GPT使用了新架构Transformer，但是只能从单向（左侧）的上下文信息来推测，ELMO虽然可以双向，但是架构比较老–RNN，则在用到下游的任务时，需要对模型进行针对任务的改动
• 语言模型过去只有单向，没有双向，而在预训练的任务中，双向应该可以更好的表示特征，因此为了解决这个问题，BERT提出了双向表征，这是通过带掩码的语言模型来实现的，即给定一个句子，挖掉其中的一个词，然后根据词的左右两边的上下文来预测该位置的词是什么
• 但这样来说，BERT模型就不是预测未来的语言模型，而是类似完形填空的语言模型
• 由于BERT的数据量很大，所以直接按照空格来切词，那么生成的词典大小会特别大（百万级别），会占用很多学习参数来生成词典。因此BERT切词策略为WordPiece：将出现频率不高的词切开，观察它的子序列的出现频率，如果频率很高那么保留这个子序列，作为词根就可以了，最后的词典大小为30000左右。
  
• 由于Transformer的输入为一个序列（一个句子或两个句子）：编码器和解码器都有输入，因此Transformer可以处理需要一个输入句子的下游任务，也可以处理需要两个输入句子的下游任务
• 但是BERT只有一个编码器，所以它想解决需要两个输入句子的下游任务，就需要将两个输入句子变成一个序列。同时在一个序列中判断这些词分别是哪个输入句子，是通过一个段嵌入来实现，并且在两个句子之间通过 [SEP] 来区分
• BERT的输入序列的第一个词为 [CLS]，并用这个词的输出作为整个序列的输出（因为有自注意力层，所以这个词可以看作拥有整个序列的信息），位置嵌入的大小为序列中最长词元的长度
• 不同于Transformer，而BERT的位置嵌入和哪一个句子的嵌入，都是通过学习得来的
• 综上：进入BERT的序列嵌入为：词元本身的嵌入 + 词元在哪一个句子的嵌入 + 位置嵌入
  
• BERT流程：
  1. 将一个输入序列转换为词嵌入，并加上 [CLS]、[SEP]、位置编码，作为BERT的输入
  2. 输入经过很多个transformer encoder块后，在最后一个encoder块得到整个输入序列的BERT输出表示
  3. 在BERT后，添加额外的输出层来得到下游任务的具体结果
• BERT模型主要解决两种问题：MLM：完形填空，随机选择一些单词并用[MASK]来替换它们，模型的任务是预测被替换的单词。NSP：预测一个句子是否是另一个句子的下一句
• 由于Transformer采用的编码器-解码器架构，输入序列是分成两部分，分别输入到编码器和解码器的，所以一个注意力层不能同时拿到完整的输入序列。但是BERT是编码器架构，输入序列是完整的输入到编码器的，所以一个注意力层可以同时看到完整的输入序列，但是因此BERT做机器翻译也就不是很好做了

Pre-training

• 通过在一个大数据集上预训练一个模型，将这个模型应用在其他任务上，并使在其他数据集上训练的其他模型性能有提高
• 在BERT中，是将BERT模型在一个没有标号的大数据集上预训练，然后在多个下游任务中都初始化一个新的BERT模型（权重参数使用上一步预训练好的），之后对模型进行微调参数，得到一个适配该下游任务的BERT模型
• 使用预训练模型来做特征表示的时候，有以下两种策略：
  1. 基于特征：对于每一个下游任务，都要构建一个新的模型，并将在预训练模型中训练好的表示（作为额外特征）和输入一起输入进新的模型中，由于额外特征意见有了比较好的表示，所以新模型训练起来比较容易
  2. 基于微调：对于每一个下游任务，将预训练好的模型直接放进下游任务模型中，并根据下游任务的数据集，稍微修改（微调）模型的参数