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微调预训练模型方式的文本语义匹配（Further Pretraining Bert）
今年带着小伙伴参加了天池赛道三: 小布助手对话短文本语义匹配比赛，虽然最后没有杀进B榜，但也是预料之中的结果，最后成绩在110名左右，还算能接受。
言归正传，本文会解说苏剑林（苏神）的Baseline方案和代码，然后会分享我在Baseline上使用的tricks还有我们的方案和实验结果。
干货
Github：https://github/Ludong418/gaic-2021-task3
资料集合：个人整理的资料大全
苏神的Baseline
苏神在第二次发布数据没几天就公布了自己的Baseline，线上成绩大概是86左右，他的方案是mlm和文本语义匹配两个任务同时进行。
方案
词典不匹配问题
由于官方发布的数据是脱敏的，所以不建议大家直接使用其他已经训练好的预训练模型，当然也有人直接使用了，也有一定的效果，也有人好奇为什么脱敏数据不要用已经训练好的预训练模型呢？因为存在脱敏数据和预训练词典不匹配问题。nlp在深度学习预处理有一步很重要的过程就是 tokens 转 ids，而脱敏数据是已经转好的 ids，也就是下面形式。所以例子中的 ‘2’ 代表的意思是 ‘我’，若使用了预训练模型字典的 ‘2’，那就确实是 ‘2’ 的含义了。
所以我们就需要重新训练一个预训练模型。但是我们都知道一个新的预训练模型需要大量的数据和算力，如何去做呢？
如何训练脱敏数据的预训练模型
我们可以只保留模型参数部分，而tokens embeddings table可以替换掉，举个例子就是预训练模型中20000多个embedded table，随机换成自己数据词典大小的6000多个tokens，苏神的替换方式是保留了bert语料中token频数top6000+的embedded，当然我们也可以随机初始化6000多个embedded，两种方式我发现效果差不多。
但是别忘几个特殊的token要加入字典中，‘no’ 和 ‘yes’ 就是文本对的标签，‘相似’ 和 ‘不相似’，这两个token很关键。
0: pad, 1: unk, 2: cls, 3: sep, 4: mask, 5: no, 6: yes
最后就可以训练一个mlm（masked language model）了，但是苏神不只是就是训练一个mlm，而是在训练mlm过程中随便把文本语义匹配也做了，它使用第一个token（[cls]）的输出作为文本语义匹配任务的输出。
模型代码
预处理
这份数据的预处理过程比较简单，重点还是讲解mlm任务的输入格式，注意到output_ids第一个token要 +5， 目的就是用 [cls] 来预测 yes 或者 no。
def sample_convert(text1, text2, label, random=False):
"""转换为MLM格式
"""
text1_ids = [tokens.get(t, 1) for t in text1]
text2_ids = [tokens.get(t, 1) for t in text2]
if random:
if np.random.random() < 0.5:
text1_ids, text2_ids = text2_ids, text1_ids
text1_ids, out1_ids = random_mask(text1_ids)
text2_ids, out2_ids = random_mask(text2_ids)
else:
out1_ids = [0] * len(text1_ids)
out2_ids = [0] * len(text2_ids)
token_ids = [2] + text1_ids + [3] + text2_ids + [3]
segment_ids = [0] * len(token_ids)
# +5 目的就是用 [cls] 来预测 yes 或者 no
output_ids = [label + 5] + out1_ids + [0] + out2_ids + [0]
return token_ids, segment_ids, output_ids
模型
模型是一个mlm任务，就是希望被masked的token进行预测真实的token，完成一个完形填空的任务，而我们希望输出的第一个token([cls])用来预测 ‘yes’ 或者 ‘no’ 这两个token。
以下就是评估模型的代码：
def evaluate(data):
"""线下评测函数
"""
Y_true, Y_pred = [], []
for x_true, y_true in data:
y_pred = model.predict(x_true)[:, 0, 5:7]
y_pred = y_pred[:, 1] / (y_pred.sum(axis=1) + 1e-8)
y_true = y_true[:, 0] - 5
Y_pred.extend(y_pred)
Y_true.extend(y_true)
return roc_auc_score(Y_true, Y_pred)
注意到这行代码，其实就是选择了output的no和yes所在的维度的值进行预测的。
# y_pred shape：[batch_size, max_seq_len, voc_szie]
y_pred = model.predict(x_true)[:, 0, 5:7]
我的方案
我们的做法差不多，只不过是预训练模型和文本语义匹配分开做了，我们先使用了脱敏数据和nazha预训练模型微调了一个新的预训练模型，然后利用新的预训练模型完成文本语义匹配二分类任务。
Further Pretraining
预训练模型使用了中文nezha-pytorch版本训练好的模型进行微调，使用了NeZhaForMaskedLM class 做mlm任务，但是源码是对全词计算loss，所以我修改了计算loss方法，只对masked的token计算loss。修改代码如下：
if labels is not None:
# 只对mask的部分进行计算
masked_lm_positions = torch.where(labels.view(-1) != 0)
loss_fct = CrossEntropyLoss()
masked_lm_loss = loss_fct(prediction_scores.view(-1, self.config.vocab_size)[masked_lm_positions],
labels.view(-1)[masked_lm_positions])
outputs = (masked_lm_loss,) + outputs
return outputs # (ltr_lm_loss), (masked_lm_loss), prediction_scores, (hidden_states), (attentions)
文本语义匹配
利用新的预训练模型做二分类任务，做法和常规的bert分类没有啥区别，最后线上效果能达到90左右，要提高模型的效果还得需要一些小tricks。
trick 1：数据增强
目的是为了增加训练数据数量，效果能略有提升零点几个点。
句子等价替换：如果 句子A = 句子B， 句子B = 句子C， 则 句子A = 句子C
句子对调：把所有的句子对调
trick 2：对抗式学习
我们测试了FGM和VAT两种对抗学习，效果都有提升1个点左右，VAT也可以使用在mlm任务中，但是发现效果并不是很好。
trick 3：伪标签
利用训练好的模型对test数据集预测，把输出概率大于阈值的数据加入到训练集中训练，效果提升不明显。
trick 4：半监督学习（没有实现）
可以考虑使用半监督学习，例如mixtext、mixup等模型，目的也是为了增大训练模型样本，但这次比赛中没来得及去实验，但是在工作中的一个项目中使用了mixtext模型，效果有很大的提升。
trick 4：置信学习（没有实现）
数据集中总会或多或少出现错误标签，若能剔除掉这些错误标签在进行训练，效果会有一定的提升，所以可以考虑使用置信学习的方法去发现错误标签。
结论
本次比赛没能杀入B榜主要还是因为身为打工人，我们只能在下班和周末搞搞，很多想法并不能有足够的时间去实验，不像高校里的学生论文看的多，时间也足够。其次就是算力没跟上，显卡不够多，一个mlm模型要花一天多才能训练完成，然后加入对抗式学习速度更慢了。
整个任务的难度不大，一开始碰到脱敏数据我也懵了一阵，我也想到自己要训练一个预训练模型，但是不敢确定效果，但最后看来效果确实不错，所以深度学习这门技术还是得靠动手验证的科学，最后推荐一篇不错的论文Don’t Stop Pretraining: Adapt Language Models to Domains and Tasks。
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