10 Jul

昨天早上,笔者在日常刷arixv的时候,然后被一篇新出来的论文震惊了!论文名字叫做《NVAE: A Deep Hierarchical Variational Autoencoder》,顾名思义是做VAE的改进工作的,提出了一个叫NVAE的新模型。说实话,笔者点进去的时候是不抱什么希望的,因为笔者也算是对VAE有一定的了解,觉得VAE在生成模型方面的能力终究是有限的。结果,论文打开了,呈现出来的画风是这样的:

NVAE的人脸生成效果

NVAE的人脸生成效果

然后笔者的第一感觉是这样的:

W!T!F! 这真的是VAE生成的效果?这还是我认识的VAE么?看来我对VAE的认识还是太肤浅了啊,以后再也不能说VAE生成的图像模糊了...

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4 Jul

线性Attention的探索:Attention必须有个Softmax吗?

众所周知,尽管基于Attention机制的Transformer类模型有着良好的并行性能,但它的空间和时间复杂度都是$\mathcal{O}(n^2)$级别的,$n$是序列长度,所以当$n$比较大时Transformer模型的计算量难以承受。近来,也有不少工作致力于降低Transformer模型的计算量,比如模型剪枝、量化、蒸馏等精简技术,又或者修改Attention结构,使得其复杂度能降低到$\mathcal{O}(n\log n)$甚至$\mathcal{O}(n)$。

前几天笔者读到了论文《Transformers are RNNs: Fast Autoregressive Transformers with Linear Attention》,了解到了线性化Attention(Linear Attention)这个探索点,继而阅读了一些相关文献,有一些不错的收获,最后将自己对线性化Attention的理解汇总在此文中。

Attention

当前最流行的Attention机制当属Scaled-Dot Attention,形式为
\begin{equation}Attention(\boldsymbol{Q},\boldsymbol{K},\boldsymbol{V}) = softmax\left(\boldsymbol{Q}\boldsymbol{K}^{\top}\right)\boldsymbol{V}\label{eq:std-att}\end{equation}
这里的$\boldsymbol{Q}\in\mathbb{R}^{n\times d_k}, \boldsymbol{K}\in\mathbb{R}^{m\times d_k}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{m\times d_v}$,简单起见我们就没显式地写出Attention的缩放因子了。本文我们主要关心Self Attention场景,所以为了介绍上的方便统一设$\boldsymbol{Q}, \boldsymbol{K}, \boldsymbol{V}\in\mathbb{R}^{n\times d}$,一般场景下都有$n > d$甚至$n\gg d$(BERT base里边$d=64$)。

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28 Jun

积分梯度:一种新颖的神经网络可视化方法

本文介绍一种神经网络的可视化方法:积分梯度(Integrated Gradients),它首先在论文《Gradients of Counterfactuals》中提出,后来《Axiomatic Attribution for Deep Networks》再次介绍了它,两篇论文作者都是一样的,内容也大体上相同,后一篇相对来说更易懂一些,如果要读原论文的话,建议大家优先读后一篇。当然,它已经是2016~2017年间的工作了,“新颖”说的是它思路上的创新有趣,而不是指最近发表。

笔者在中文情感分类上对积分梯度的实验效果(越红的token越重要)

笔者在中文情感分类上对积分梯度的实验效果(越红的token越重要)

所谓可视化,简单来说就是对于给定的输入$x$以及模型$F(x)$,我们想办法指出$x$的哪些分量对模型的决策有重要影响,或者说对$x$各个分量的重要性做个排序,用专业的话术来说那就是“归因”。一个朴素的思路是直接使用梯度$\nabla_x F(x)$来作为$x$各个分量的重要性指标,而积分梯度是对它的改进。然而,笔者认为,很多介绍积分梯度方法的文章(包括原论文),都过于“生硬”(形式化),没有很好地突出积分梯度能比朴素梯度更有效的本质原因。本文试图用自己的思路介绍一下积分梯度方法。

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16 Jun

如何应对Seq2Seq中的“根本停不下来”问题?

在Seq2Seq的解码过程中,我们是逐个token地递归生成的,直到出现<eos>标记为止,这就是所谓的“自回归”生成模型。然而,研究过Seq2Seq的读者应该都能发现,这种自回归的解码偶尔会出现“根本停不下来”的现象,主要是某个片段反复出现,比如“今天天气不错不错不错不错不错...”、“你觉得我说得对不对不对不对不对不对...”等等,但就是死活不出现<eos>标记。ICML2020的文章《Consistency of a Recurrent Language Model With Respect to Incomplete Decoding》比较系统地讨论了这个现象,并提出了一些对策,本文来简单介绍一下论文的主要内容。

解码算法

对于自回归模型来说,我们建立的是如下的条件语言模型
\begin{equation}p(y_t|y_{\lt t}, x)\label{eq:p}\end{equation}
那么解码算法就是在已知上述模型时,给定$x$来输出对应的$y=(y_1,y_2,\dots,y_T)$来。解码算法大致可以分为两类:确定性解码算法随机性解码算法,原论文分别针对这两类解码讨论来讨论了“根本停不下来”问题,所以我们需要来了解一下这两类解码算法。

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10 Jun

无监督分词和句法分析!原来BERT还可以这样用

BERT的一般用法就是加载其预训练权重,再接一小部分新层,然后在下游任务上进行finetune,换句话说一般的用法都是有监督训练的。基于这个流程,我们可以做中文的分词、NER甚至句法分析,这些想必大家就算没做过也会有所听闻。但如果说直接从预训练的BERT(不finetune)就可以对句子进行分词,甚至析出其句法结构出来,那应该会让人感觉到意外和有趣了。

本文介绍ACL2020的论文《Perturbed Masking: Parameter-free Probing for Analyzing and Interpreting BERT》,里边提供了直接利用Masked Language Model(MLM)来分析和解释BERT的思路,而利用这种思路,我们可以无监督地做到分词甚至句法分析。

基于BERT的“token-token”相关度计算图示

基于BERT的“token-token”相关度计算图示

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1 Jun

提高模型的泛化性能是机器学习致力追求的目标之一。常见的提高泛化性的方法主要有两种:第一种是添加噪声,比如往输入添加高斯噪声、中间层增加Dropout以及进来比较热门的对抗训练等,对图像进行随机平移缩放等数据扩增手段某种意义上也属于此列;第二种是往loss里边添加正则项,比如$L_1, L_2$惩罚、梯度惩罚等。本文试图探索几种常见的提高泛化性能的手段的关联。

随机噪声

我们记模型为$f(x)$,$\mathcal{D}$为训练数据集合,$l(f(x), y)$为单个样本的loss,那么我们的优化目标是
\begin{equation}\mathop{\arg\min}_{\theta} L(\theta)=\mathbb{E}_{(x,y)\sim \mathcal{D}}[l(f(x), y)]\end{equation}
$\theta$是$f(x)$里边的可训练参数。假如往模型输入添加噪声$\varepsilon$,其分布为$q(\varepsilon)$,那么优化目标就变为
\begin{equation}\mathop{\arg\min}_{\theta} L_{\varepsilon}(\theta)=\mathbb{E}_{(x,y)\sim \mathcal{D}, \varepsilon\sim q(\varepsilon)}[l(f(x + \varepsilon), y)]\end{equation}
当然,可以添加噪声的地方不仅仅是输入,也可以是中间层,也可以是权重$\theta$,甚至可以是输出$y$(等价于标签平滑),噪声也不一定是加上去的,比如Dropout是乘上去的。对于加性噪声来说,$q(\varepsilon)$的常见选择是均值为0、方差固定的高斯分布;而对于乘性噪声来说,常见选择是均匀分布$U([0,1])$或者是伯努利分布。

添加随机噪声的目的很直观,就是希望模型能学会抵御一些随机扰动,从而降低对输入或者参数的敏感性,而降低了这种敏感性,通常意味着所得到的模型不再那么依赖训练集,所以有助于提高模型泛化性能。

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25 May

Google新作Synthesizer:我们还不够了解自注意力

深度学习这个箱子,远比我们想象的要黑。

写在开头

据说物理学家费曼说过一句话[来源]:“谁要是说他懂得量子力学,那他就是真的不懂量子力学。”我现在越来越觉得,这句话中的“量子力学”也可以替换为“深度学习”。尽管深度学习已经在越来越多的领域证明了其有效性,但我们对它的解释性依然相当无力。当然,这几年来已经有不少工作致力于打开深度学习这个黑箱,但是很无奈,这些工作基本都是“马后炮”式的,也就是在已有的实验结果基础上提出一些勉强能说服自己的解释,无法做到自上而下的构建和理解模型的原理,更不用说提出一些前瞻性的预测。

本文关注的是自注意力机制。直观上来看,自注意力机制算是解释性比较强的模型之一了,它通过自己与自己的Attention来自动捕捉了token与token之间的关联,事实上在《Attention is All You Need》那篇论文中,就给出了如下的看上去挺合理的可视化效果:

《Attention is All You Need》一文中对Attention的可视化例子

《Attention is All You Need》一文中对Attention的可视化例子

但自注意力机制真的是这样生效的吗?这种“token对token”的注意力是必须的吗?前不久Google的新论文《Synthesizer: Rethinking Self-Attention in Transformer Models》对自注意力机制做了一些“异想天开”的探索,里边的结果也许会颠覆我们对自注意力的认知。

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18 May

鱼与熊掌兼得:融合检索和生成的SimBERT模型

前段时间我们开放了一个名为SimBERT的模型权重,它是以Google开源的BERT模型为基础,基于微软的UniLM思想设计了融检索与生成于一体的任务,来进一步微调后得到的模型,所以它同时具备相似问生成和相似句检索能力。不过当时除了放出一个权重文件和示例脚本之外,未对模型原理和训练过程做进一步说明。在这篇文章里,我们来补充这部分内容。

UniLM

UniLM是一个融合NLU和NLG能力的Transformer模型,由微软在去年5月份提出来的,今年2月份则升级到了v2版本。我们之前的文章《从语言模型到Seq2Seq:Transformer如戏,全靠Mask》就简单介绍过UniLM,并且已经集成到了bert4keras中。

UniLM的核心是通过特殊的Attention Mask来赋予模型具有Seq2Seq的能力。假如输入是“你想吃啥”,目标句子是“白切鸡”,那UNILM将这两个句子拼成一个:[CLS] 你 想 吃 啥 [SEP] 白 切 鸡 [SEP],然后接如图的Attention Mask:

UniLM的Mask

UniLM的Mask

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