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论文地址：BERT

Transformer介绍

何为BERT

BERT，全称Bidirectional Encoder Representation from Transformers，是2018年10月由Google AI研究院提出的一种预训练模型。

BERT在机器阅读理解顶级水平测试SQuAD1.1中表现出惊人的成绩：全部两个衡量指标上全面超越人类，并且在11种不同NLP测试中创出SOTA表现。包括将GLUE基准推高至80.4% (绝对改进7.6%)，MultiNLI准确度达到86.7% (绝对改进5.6%)。成为NLP发展史上的里程碑式的模型成就。

BERT的架构

如下图最左所示，BERT采用了Transformer Encoder block进行连接，是一个双向编码模型

在这里插入图片描述

从BERT架构图中可以看到，宏观上BERT分三个主要模块：

最底层黄色标记的Embedding模块
中间层蓝色标记的Transformer模块
最上层绿色标记的预微调模块

Embedding模块：BERT中的该模块是由三种Embedding共同组成而成，如下图

在这里插入图片描述

Token Embeddings 是词嵌入张量，第一个单词是CLS标志，可以用于之后的分类任务
Segment Embeddings 是句子分段嵌入张量，是为了服务后续的两个句子为输入的预训练任务
Position Embeddings 是位置编码张量，此处注意和传统的Transformer不同，不是三角函数计算的固定位置编码，而是通过学习得出来的.
整个Embedding模块的输出张量就是这3个张量的直接加和结果

双向Transformer模块：BERT中只使用了经典Transformer架构中的Encoder部分，完全舍弃了Decoder部分。而两大预训练任务也集中体现在训练Transformer模块中

预微调模块：

经过中间层Transformer的处理后，BERT的最后一层根据任务的不同需求而做不同的调整即可
比如对于sequence-level的分类任务，BERT直接取第一个 [CLS] token 的final hidden state，再加一层全连接层后进行softmax来预测最终的标签

对于不同的任务，微调都集中在预微调模块，BERT论文中几种重要的NLP微调任务架构图展示如下
在这里插入图片描述

从上图中可以发现，在面对特定任务时，只需要对预微调层进行微调，就可以利用Transformer强大的注意力机制来模拟很多下游任务，并得到SOTA的结果。

（句子对关系判断，单文本主题分类，问答任务(QA)，单句贴标签(NER)）

若干可选的超参数建议如下：

Batch size: 16, 32
Learning rate (Adam): 5e-5, 3e-5, 2e-5
Epochs: 3, 4

BERT的预训练任务

BERT包含两个预训练任务：

任务一：Masked LM (带mask的语言模型训练)
任务二：Next Sentence Prediction (下一句话预测任务)

任务一：Masked LM (带mask的语言模型训练)

关于传统的语言模型训练，都是采用left-to-right，或者left-to-right + right-to-left结合的方式，但这种单向方式或者拼接的方式提取特征的能力有限。为此BERT提出一个深度双向表达模型(deep bidirectional representation)。即采用MASK任务来训练模型
1：在原始训练文本中，随机的抽取15%的token作为参与MASK任务的对象
2：在这些被选中的token中，数据生成器并不是把它们全部变成[MASK]，而是有下列3种情况
- 2.1：在80%的概率下，用[MASK]标记替换该token，比如 my dog is hairy $\rightarrow$ my dog is [MASK]
- 2.2：在10%的概率下，用一个随机的单词替换token，比如 my dog is hairy $\rightarrow$ my dog is apple
- 2.3：在10%的概率下，保持该token不变，比如 my dog is hairy $\rightarrow$ my dog is hairy
3：模型在训练的过程中，并不知道它将要预测哪些单词？哪些单词是原始的样子？哪些单词被遮掩成了[MASK]？哪些单词被替换成了其他单词？正是在这样一种高度不确定的情况下，反倒逼着模型快速学习该token的分布式上下文的语义，尽最大努力学习原始语言说话的样子。同时因为原始文本中只有15%的token参与了MASK操作，并不会破坏原语言的表达能力和语言规则。

任务二：Next Sentence Prediction (下一句话预测任务)

在NLP中有一类重要的问题比如QA(Quention-Answer)，NLI(Natural Language Inference)，需要模型能够很好的理解两个句子之间的关系，从而需要在模型的训练中引入对应的任务。在BERT中引入的就是Next Sentence Prediction任务。采用的方式是输入句子对(A, B)，模型来预测句子B是不是句子A的真实的下一句话
1：所有参与任务训练的语句都被选中作为句子A
- 1.1：其中50%的B是原始文本中真实跟随A的下一句话。(标记为IsNext, 代表正样本)
- 1.2：其中50%的B是原始文本中随机抽取的一句话。(标记为NotNext, 代表负样本)
2：在任务二中，BERT模型可以在测试集上取得97%-98%的准确率

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