【论文阅读】Spelling Error Correction with Soft-Masked BERT

论文内容

发表时间：2020年05月

论文地址：https://arxiv.org/abs/2005.07421

代码地址(非作者实现): https://github.com/quantum00549/SoftMaskedBert

摘要(Abstract)

使用Soft-Masked BERT完成中文拼写纠错(Chinses Spell Checking, CSC)任务，并且该方法也适用于其他语言。

1. 介绍(Introduction)

Soft-Masked BERT = 双向GRU(Bi-GRU) + BERT

其中Bi-GRU负责预测哪个地方有错误，BERT负责对错误进行修正。

2. 方法(Our Approach)

2.1 问题和思路(Problem and Motivation)

作者说原始的BERT是mask了 “15%” 的词训练的，这不足以让BERT学会如何找出句子中的错误，所以要使用新的方法。

2.2 模型(Model)

该模型分为三部分：

1. Detection Network：负责预测句子中每个字错误的概率
2. Correct Network：负责将错字纠正成正确的字。
3. Soft Masking：Detection Network和Correction Network之间的桥梁，负责根据Detection Network的输出对原始句子embedding进行mask。

2.3 Detection Network

输入: embedding后的characters序列。embedding方式和BERT一样，包括word embedding，position embedding和segment embedding.

网络架构：Bi-GRU -> 全连接层(Linear) -> Sigmoid

输出：每个character为错字的概率，越接近1表示越有可能是错的。

2.3 Soft Masking

Soft Masking模块就是对Input进行mask，方式就是加权，公式为：

$$e_i^{\prime }=p_i\cdot e_{mask}+\left(1-p_i\right)\cdot e_i$$

• $e_i^{\prime }$ ：第$i$个character进行mask后的结果。

• $p_i$ ：第$i$个character为错字的概率，$p_i\in [0,1]$。

• $e_{mask}$ ：mask embeding。具体是什么原文中并没有说明。github上quantum00549的论文复现使用的是

• $e_i$ ：第$i$个character的词向量。

2.4 Correction Network

输入：soft-masking后的input。

网络架构：BERT+全连接层(Linear)+Softmax

输出：将词修正后的结果。

注意：在BERT和Linear之间，有一个残差连接，即将input和bert的output进行相加。用公式表示则为：

$$h_i^{\prime }=h_i^c+e_i$$

• $h_i^{\prime }$ ：Linear的输入的第$i$个character。
• $h_i^c$：Bert的输出的第$i$个character的隐状态。
• $e_i$：第$i$个character的词向量。

2.5 损失函数(Learning)

Detection Network和Correction Network损失函数使用的都是CrossEntropy，用公式表示为：

$$\begin{array}{rl}{\mathcal{L}}_d& =-\sum _{i=1}^n\log P_d\left(g_i\mid X\right)\\ {\mathcal{L}}_c& =-\sum _{i=1}^n\log P_c\left(y_i\mid X\right)\end{array}$$

• ${\mathcal{L}}_d$：Detection Network的损失
• ${\mathcal{L}}_c$：Correction Network的损失

联合起来为：

$$\mathcal{L}=\lambda \cdot {\mathcal{L}}_c+(1-\lambda )\cdot {\mathcal{L}}_d$$

其中 $\lambda$ 为 $[0,1]$ 的超参数。

3. 实验结果(Experimental Result)

3.1 数据集(Datasets)

benchmark: SIGHAN

训练集：自己造的，使用confusion table的方式。具体为将一个句子中15%的字替换成与其相同发音的其他常见字。在所有样本中，有80%的句子按上述方式处理，剩下20%则是直接随机替换成任意文字。

3.2 Baselines(略)

3.3 实验设置(Experiment Setting)

优化器(optimizer)：Adam

学习策略(Learning Scheduler): 无

学习率(Learning Rate)：2e-5

The size of hidden unit in Bi-GRU is 256

batch size: 320

作者还使用了500w个训练样本和SIGHAN中训练样本对BERT进行了fine-tune.

3.4 实验结果(Main Result)

• Acc：Accuracy，准确率
• Pre：Precision，精准率
• Rec：Recall，召回率
• F1：F1 Score