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1. 背景
增大预训练模型的大小通常能够提高预训练模型的推理能力，但是当预训练模型增大到一定程度之后，会碰到GPU/TPU memory的限制。因此，作者在bert中加入了2项减少参数的技术，能够缩小bert的大小，并且修改了bert NSP的loss，在和bert有相同参数量的前提之下，有更强的推理能力。
2. Albert流程和技术细节
- 参数减少技术
1）词向量/嵌入矩阵分解
在bert以及诸多bert的改进版中，embedding size都是等于hidden size的，这不一定是最优的。因为bert的token embedding是上下文无关的，而经过multi-head attention+ffn后的hidden embedding是上下文相关的，bert预训练的目的是提供更准确的hidden embedding，而不是token embedding，因此token embedding没有必要和hidden embedding一样大。albert将token embedding进行了分解，首先降低embedding size的大小，然后用一个Dense操作将低维的token embedding映射回hidden size的大小。bert的embedding size=hidden size，因此词向量/嵌入矩阵的参数量是vocab size * hidden size，进行分解后的参数量是vocab size * embedding size + embedding size * hidden size，只要embedding size << hidden size，就能起到减少参数的效果。
注意，bert系列预训练语言模型有三个embedding，三者相加，作为模型输入。因此，有3个embedding matrix（词嵌入矩阵、位置嵌入矩阵、segment 嵌入矩阵），这里只对最大的词嵌入矩阵进行分解。
2）参数共享
bert的12层transformer encoder block是串行在一起的，每个block虽然长得一模一样，但是参数是不共享的。albert将transformer encoder block进行了参数共享，这样可以极大地减少整个模型的参数量。
3）参数减少技术详解
albert使用了2项参数减少的技术，但是2项技术对于参数减少的贡献是不一样的，第1项是词向量矩阵的分解，当embedding size从768降到64时，可以节省21M的参数量，但是模型的推理能力也会随之下降。第2项是multi-head attention+ffn的参数共享，在embedding size=128时，可以节省77M的参数量，模型的推理能力同样会随之下降。虽然参数减少会导致了模型推理能力的下降，但是可以通过增大模型使得参数量变回和bert一个量级，这时模型的推理能力就超过了bert。
现在学术界发论文有2种常见的套路，第1种是往死里加参数加数据量，然后提高模型的推理能力；第2种是减参数，然后使模型的推理能力不怎么降。albert使用的参数减少技术看似是第2种，实则是第1种。当bert从large变到xlarge时，虽然模型变大到了1270M，但是模型出现了退化现象，推理能力下跌了一大截，说明在bert的框架下，large已经是模型推理能力的极限了。albert使用了参数减少技术，相比于bert的large是334M，albert的large只有18M，虽然推理能力比bert差，但是参数减少后的albert还有成长空间，将albert从large变到xlarge，甚至是xxlarge时，模型的推理能力又得到了提高，并且超过了bert最好的模型。
- loss
1）sentence order prediction(SOP)
在auto-encoder的loss之外，bert使用了NSP的loss，用来提高bert在句对关系推理任务上的推理能力。而albert放弃了NSP的loss，使用了SOP的loss。NSP的loss是判断segment A和segment B之间的关系，其中0表示segment B是segment A的下一句，1表示segment A和segment B来自2篇不同的文本。SOP的loss是判断segment A和segment B的的顺序关系，0表示segment B是segment A的下一句，1表示segment A是segment B的下一句。
2）SOP loss 详解
在albert之前，很多bert的改进版都对NSP的loss提出了质疑。structbert在NSP的loss上进行了修改，有1/3的概率是segment B是segment A的下一句，有1/3的概率是segment A是segment B的下一句，有1/3的概率是segment A和segment B来自2篇不同的文本。roberta则是直接放弃了NSP的loss，修改了样本的构造方式，将输入2个segment修改为从一个文本中连续sample句子直到塞满512的长度。当到达文本的末尾且未塞满512（bert系列预训练语言模型的最大输入长度，输入过长时，可以先对输入进行切割，具体方式可以查看我的CCF情感分析比赛专栏）的长度时，先增加一个“[SEP]”，再从另一个文本接着sample，直到塞满512的长度。
albert在structbert的基础之上又抛弃了segment A和segment B来自2篇不同的文本的做法，只剩下1/2的概率是segment B是segment A的下一句，1/2的概率是segment A是segment B的下一句。论文中给出了这么做的解释，NSP的loss包含了2部分功能：topic prediction和coherence prediction，其中topic prediction要比coherence prediction更容易学习，而MLM的loss也包含了topic prediction的功能，因此bert难以学到coherence prediction的能力。albert的SOP loss抛弃了segment A和segment B来自2篇不同的文本的做法，（来自同一篇文本）让loss更关注于coherence prediction，这样就能提高模型在句对关系推理上的能力。
3. 总结
albert虽然减少参数量，但是并不会减少推理时间，推理的过程只不过是从串行计算12个transformer encoder block变成了循环计算transformer encoder block 12次。albert最大的贡献在于使模型具备了比原始的bert更强的成长性，在模型变向更大的时候，推理能力还能够得到提高。
