6 Jan

《Attention is All You Need》浅读(简介+代码)

2017年中,有两篇类似同时也是笔者非常欣赏的论文,分别是FaceBook的《Convolutional Sequence to Sequence Learning》和Google的《Attention is All You Need》,它们都算是Seq2Seq上的创新,本质上来说,都是抛弃了RNN结构来做Seq2Seq任务。

这篇博文中,笔者对《Attention is All You Need》做一点简单的分析。当然,这两篇论文本身就比较火,因此网上已经有很多解读了(不过很多解读都是直接翻译论文的,鲜有自己的理解),因此这里尽可能多自己的文字,尽量不重复网上各位大佬已经说过的内容。

序列编码

深度学习做NLP的方法,基本上都是先将句子分词,然后每个词转化为对应的词向量序列。这样一来,每个句子都对应的是一个矩阵$\boldsymbol{X}=(\boldsymbol{x}_1,\boldsymbol{x}_2,\dots,\boldsymbol{x}_t)$,其中$\boldsymbol{x}_i$都代表着第$i$个词的词向量(行向量),维度为$d$维,故$\boldsymbol{X}\in \mathbb{R}^{n\times d}$。这样的话,问题就变成了编码这些序列了。

第一个基本的思路是RNN层,RNN的方案很简单,递归式进行:
$$\boldsymbol{y}_t = f(\boldsymbol{y}_{t-1},\boldsymbol{x}_t)$$
不管是已经被广泛使用的LSTM、GRU还是最近的SRU,都并未脱离这个递归框架。RNN结构本身比较简单,也很适合序列建模,但RNN的明显缺点之一就是无法并行,因此速度较慢,这是递归的天然缺陷。另外我个人觉得RNN无法很好地学习到全局的结构信息,因为它本质是一个马尔科夫决策过程

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25 Dec

从loss的硬截断、软化到focal loss

前言

今天在QQ群里的讨论中看到了focal loss,经搜索它是Kaiming大神团队在他们的论文《Focal Loss for Dense Object Detection》提出来的损失函数,利用它改善了图像物体检测的效果。不过我很少做图像任务,不怎么关心图像方面的应用。本质上讲,focal loss就是一个解决分类问题中类别不平衡、分类难度差异的一个loss,总之这个工作一片好评就是了。大家还可以看知乎的讨论:
《如何评价kaiming的Focal Loss for Dense Object Detection?》

看到这个loss,开始感觉很神奇,感觉大有用途。因为在NLP中,也存在大量的类别不平衡的任务。最经典的就是序列标注任务中类别是严重不平衡的,比如在命名实体识别中,显然一句话里边实体是比非实体要少得多,这就是一个类别严重不平衡的情况。我尝试把它用在我的基于序列标注的问答模型中,也有微小提升。嗯,这的确是一个好loss。

接着我再仔细对比了一下,我发现这个loss跟我昨晚构思的一个loss具有异曲同工之理!这就促使我写这篇博文了。我将从我自己的思考角度出发,来分析这个问题,最后得到focal loss,也给出我昨晚得到的类似的loss。

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25 Nov

果壳中的条件随机场(CRF In A Nutshell)

本文希望用尽可能简短的语言把CRF(条件随机场,Conditional Random Field)的原理讲清楚,这里In A Nutshell在英文中其实有“导论”、“科普”等意思(霍金写过一本《果壳中的宇宙》,这里东施效颦一下)。

网上介绍CRF的文章,不管中文英文的,基本上都是先说一些概率图的概念,然后引入特征的指数公式,然后就说这是CRF。所谓“概率图”,只是一个形象理解的说法,然而如果原理上说不到点上,你说太多形象的比喻,反而让人糊里糊涂,以为你只是在装逼。(说到这里我又想怼一下了,求解神经网络,明明就是求一下梯度,然后迭代一下,这多好理解,偏偏还弄个装逼的名字叫“反向传播”,如果不说清楚它的本质是求导和迭代求解,一下子就说反向传播,有多少读者会懂?)

好了,废话说完了,来进入正题。

逐标签Softmax

CRF常见于序列标注相关的任务中。假如我们的模型输入为$Q$,输出目标是一个序列$a_1,a_2,\dots,a_n$,那么按照我们通常的建模逻辑,我们当然是希望目标序列的概率最大
$$P(a_1,a_2,\dots,a_n|Q)$$
不管用传统方法还是用深度学习方法,直接对完整的序列建模是比较艰难的,因此我们通常会使用一些假设来简化它,比如直接使用朴素假设,就得到
$$P(a_1,a_2,\dots,a_n|Q)=P(a_1|Q)P(a_2|Q)\dots P(a_n|Q)$$

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14 Oct

训练集、验证集和测试集的意义

在有监督的机器学习中,经常会说到训练集(train)、验证集(validation)和测试集(test),这三个集合的区分可能会让人糊涂,特别是,有些读者搞不清楚验证集和测试集有什么区别。

划分

如果我们自己已经有了一个大的标注数据集,想要完成一个有监督模型的测试,那么通常使用均匀随机抽样的方式,将数据集划分为训练集、验证集、测试集,这三个集合不能有交集,常见的比例是8:1:1,当然比例是人为的。从这个角度来看,三个集合都是同分布的。

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22 Jul

Keras中自定义复杂的loss函数

Keras是一个搭积木式的深度学习框架,用它可以很方便且直观地搭建一些常见的深度学习模型。在tensorflow出来之前,Keras就已经几乎是当时最火的深度学习框架,以theano为后端,而如今Keras已经同时支持四种后端:theano、tensorflow、cntk、mxnet(前三种官方支持,mxnet还没整合到官方中),由此可见Keras的魅力。

Keras是很方便,然而这种方便不是没有代价的,最为人诟病之一的缺点就是灵活性较低,难以搭建一些复杂的模型。的确,Keras确实不是很适合搭建复杂的模型,但并非没有可能,而是搭建太复杂的模型所用的代码量,跟直接用tensorflow写也差不了多少。但不管怎么说,Keras其友好、方便的特性(比如那可爱的训练进度条),使得我们总有使用它的场景。这样,如何更灵活地定制Keras模型,就成为一个值得研究的课题了。这篇文章我们来关心自定义loss。

输入-输出设计

Keras的模型是函数式的,即有输入,也有输出,而loss即为预测值与真实值的某种误差函数。Keras本身也自带了很多loss函数,如mse、交叉熵等,直接调用即可。而要自定义loss,最自然的方法就是仿照Keras自带的loss进行改写。

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1 Dec

基于双向GRU和语言模型的视角情感分析

前段时间参加了一个傻逼的网络比赛——基于视角的领域情感分析,主页在这里。比赛的任务是找出一段话的实体然后判断情感,比如“我喜欢本田,我不喜欢丰田”这句话中,要标出“本田”和“丰田”,并且站在本田的角度,情感是积极的,站在丰田的角度,情感就是消极的。也就是说,等价于将实体识别和情感分析结合起来了。

吐槽

看起来很高端,哪里傻逼了?比赛任务本身还不错,值得研究,然而官方却很傻逼,主要体现为:1、比赛分初赛、复赛、决赛三个阶段,初赛一个多月时间,然后筛选部分进入复赛,复赛就简单换了一点数据,题目、数据的领域都没有变化,复赛也是一个月的时间,这傻逼复赛究竟有什么意义?2、大家可以看看选手们在群里讨论什么:

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26 Jun

OCR技术浅探:8. 综合评估

数据验证

尽管在测试环境下模型工作良好,但是实践是检验真理的唯一标准. 在本节中,我们通过自己的模型,与京东的测试数据进行比较验证.

衡量OCR系统的好坏有两部分内容:(1)是否成功地圈出了文字;(2)对于圈出来的文字,有没有成功识别. 我们采用评分的方法,对每一张图片的识别效果进行评分. 评分规则如下:

如果圈出的文字区域能够跟京东提供的检测样本的box文件中匹配,那么加1分,如果正确识别出文字来,另外加1分,最后每张图片的分数是前面总分除以文字总数.

按照这个规则,每张图片的评分最多是2分,最少是0分. 如果评分超过1,说明识别效果比较好了. 经过京东的测试数据比较,我们的模型平均评分大约是0.84,效果差强人意。

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26 Jun

OCR技术浅探:7. 语言模型

由于图像质量等原因,性能再好的识别模型,都会有识别错误的可能性,为了减少识别错误率,可以将识别问题跟统计语言模型结合起来,通过动态规划的方法给出最优的识别结果.这是改进OCR识别效果的重要方法之一.

转移概率

在我们分析实验结果的过程中,有出现这一案例.由于图像不清晰等可能的原因,导致“电视”一词被识别为“电柳”,仅用图像模型是不能很好地解决这个问题的,因为从图像模型来看,识别为“电柳”是最优的选择.但是语言模型却可以很巧妙地解决这个问题.原因很简单,基于大量的文本数据我们可以统计“电视”一词和“电柳”一词的概率,可以发现“电视”一词的概率远远大于“电柳”,因此我们会认为这个词是“电视”而不是“电柳”.

从概率的角度来看,就是对于第一个字的区域的识别结果$s_1$,我们前面的卷积神经网络给出了“电”、“宙”两个候选字(仅仅选了前两个,后面的概率太小),每个候选字的概率$W(s_1)$分别为0.99996、0.00004;第二个字的区域的识别结果$s_2$,我们前面的卷积神经网络给出了“柳”、“视”、“规”(仅仅选了前三个,后面的概率太小),每个候选字的概率$W(s_2)$分别为0.87838、0.12148、0.00012,因此,它们事实上有六种组合:“电柳”、“电视”、“电规”、“宙柳”、“宙视”、“宙规”.

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