跟李沐学AI：BERT

什么是NLP中的迁移学习

使用预训练好的模型来抽取词、句子的特征：Word2Vec或者预训练好的语言模型。

使用预训练好的语言模型，一般不会再对语言模型进行微调，即不进行更新。

Word2Vec一般用于替代embedding层

但是Word2Vec往往忽略了时序信息，语言模型也往往只看了一个方向，不善于处理长序列。

BERT的动机

希望像CNN一样，可以有一个基于微调的NLP模型。预训练的模型以及抽取了足够多的信息，遇到新的任务只需要增加一个简单的输出层。

BERT架构

BERT是一个只有编码器的Transformer。

BERT原始提供两个版本：

Base：Block = 12, hidden_size = 768, head = 12, parameters = 110M

Large：Block = 24, hidden_size = 1024, head = 24, parameters = 340M

BERT在大规模数据上进行训练，有大于3B词。

对输入的修改

BERT训练时，每个训练样本是一个句子对：（source, target），为了区分输入句子和输出句子，输入句子使用0表示段嵌入 $e_A$ ，输出句子使用1表示段嵌入 $e_B$ 。

同时，为了标识句子的开始和结束，以及区分一对句子，BERT引入了几个特殊字符：

[CLS]：位于每条输入序列的开头，用于分类任务。
[SEP]：用来分隔一对句子，或者标志单个句子的结束。
[MASK]：用于替换那些在MLM任务中被随机选中遮盖的词汇。

BERT的位置编码为可学习参数。

具体修改可参考下图：

(图源：https://zh.d2l.ai/chapter_natural-language-processing-pretraining/bert.html)

预训练任务1：带掩码的语言模型

为了使BERT更加通用，BERT的预训练包括以下两个任务：掩蔽语言模型和下一句预测。

Transformer的编码器使双向的，而标准的语言模型是单向的。

为此，BERT会随机按照一定概率（15%）将句子中的词元换成掩码<mask>，要求模型预测掩码（类似完形填空）。因此，BERT在此任务中是可以观察双向信息的。

因为微调任务中不出现<mask>掩码，因此BERT在训练更换掩码时，80%将选中的词元变为掩码<mask>，10%的概率换成随机词元，10%的概率保持原有词元不更换。

预训练任务2：下一句子预测

该任务用于预测两个句子在原始文本中是否相邻。

训练样本中：50%概率选择相邻句子对。50%概率随机拼接两个句子作为句子对。

由于Transformer编码器中的自注意力，特殊词元“<cls>”的BERT表示已经对输入的两个句子进行了编码。因此该任务将<cls>对应的输出作为全连接层的输入，全连接层的输出结果代表该任务的预测结果。

微调BERT

BERT对每一个词元（包括<cls>和<sep>）返回抽取了上下文信息的特征向量。因为BERT的特征是基于TransformerBlock即Attention的，因此单个词元的特征向量页包含了上下文的所有信息。

不同的任务可以使用不同的特征

句子分类

可以将<cls>对应的向量输入到全连接层进行分类

单句分类：情感分类、测试语言可接受性

句子对：语义文本相似度（计算句子1、2的相似性得分）

文本标注

为每个词分配一个标签，如对每个词做词性标注。

命名实体识别

识别一个词元是不是命名实体，如人名、机构、位置

将每一个非特殊词元的特征放入全连接层（二分类问题？）

问题回答

给定一个问题和描述文字，找出一个片段作为回答。

输入为句子对，句子1为问题，句子2为描述文字。分类器对描述文字中的每一个词元预测是否是答案的开始或结束，或不是开始或结束（三分类问题）。

微调总结

即使下游任务有所不同，使用BERT未调试只需增加输出层即可。

不同任务，输入的表示和BERT的特征也会不同。