2020李宏毅学习笔记——20.ELMO,BERT,GPT_sentiment analysis (ourhw),

1.机器理解文字演化历史：

1-of-N encoding——word class——word embedding

• 1-of-N encoding：把每一个词汇表示成一个向量，每一个向量都只有一个地方为1，其他地方为0。但是这么做词汇之间的关联没有考虑，因为不同词之间的距离都是一样的。
• word class：分类，比如动物类，但是同类之间也有区别，比如哺乳动物和鸟类。
• word embedding:我们用一个向量来表示一个单词，相近的词汇距离较近，如cat和dog。那word embedding怎么训练呢？比较熟知的就是word2vec方法。

word embedding局限性：
一词多义怎么办？如bank的多意

Q：那我们能不能标记一词多义的形式呢？
A：不太现实，首先是词很多，而且“bank”也不止有2种意思，下面这句话：The hospital has its own blood bank.这里“bank”有人认为是第三种意思“库”，也有人认为是“银行”的延伸意思，所以也难界定到底有几种意思。
而且：使用传统的word embedding的方法，相同的单词都会对应同样的embedding

如果我们希望针对不同意思的bank，可以给出不同的embedding表示。根据上下文语境的不同，同一个单词bank我们希望能够得到不同的embedding，如果bank的意思是银行，我们期望它们之间的embedding能够相近，同时能够与河堤意思的bank相距较远。

于是谁诞生？ELMO

2.ELMO

2.1背景
ELMO模型（Embeddings from Language Model ）：可以实现Contextualized Word Embedding技术。

ELMO是《芝麻街》中的一个角色。它是一个RNN-based的语言模型，其任务是学习句子中的下一个单词或者前一个单词是什么。

例如现在有一句话： “潮水 退了 就 知道 誰 沒穿 褲子”，需要找到“退了”这个词的编码，就可以根据这个词的上下文来获取。

2.2简介
它是一个双向的RNN网络，这样每一个单词都对应两个hidden state，进行拼接便可以得到单词的Embedding表示。当同一个单词上下文不一样，得到的embedding就不同。

“退了”这个词经过RNN层的输出之后得到前文对它的编码，经过反向的RNN层的输出作为下文对它的编码，之后进行连接得到“退了”这个词的整个编码。

有一个问题：
这么多层的RNN，内部每一层输出都是单词的一个表示，那我们取哪一层的输出来代表单词的embedding呢？ELMO的做法就是我全都要：

在ELMO中，一个单词会得到多个embedding，对不同的embedding进行加权求和，可以得到最后的embedding用于下游任务。要说明一个这里的embedding个数，下图中只画了两层RNN输出的hidden state，其实输入到RNN的原始embedding也是需要的，所以你会看到说右下角的图片中，包含了三个embedding。但不同的权重是基于下游任务学习出来的，
每一层都会给出一个Embedding（上图展示了两层），ELMO把这些加起来生成一个Embedding（蓝色向量），加的时候需要的参数根据模型学出来。

3.BERT:来自变压器的双向编码器表示

3.1：背景由来
Bert是Bidirectional Encoder Representations from Transformers的缩写，它也是芝麻街的人物之一。Transformer中的Encoder就是Bert预训练的架构。李宏毅老师特别提示：如果是中文的话，可以把字作为单位，而不是词。

其实就是输入一个句子进去，给你一串embedding，对应到每一个word
由于中文字太多，one-hot太大，所以如果用26个字母呢，那就不会 太大。，字母同样可以表示中文。

3.2如何训练BERT？
训练BERT的方法分为2种：
方法1和方法2的方法在BERT中是同时使用的。
1、Masked LM做法是随机把一些单词的token变为Mask:挖空，让模型去猜测盖住的地方是什么单词。假设输入里面的第二个词汇是被盖住的，把其对应的embedding输入到一个多分类模型中，来预测被盖住的单词。

2、Next Sentence Prediction
预测下一个句子，这里，先把两句话连起来，中间加一个[SEP]作为两个句子的分隔符。而在两个句子的开头，放一个[CLS]标志符，将其得到的embedding输入到二分类的模型，输出两个句子是不是接在一起的。

3.21Masked LM
在这种方法里面，会以一定的概率将一个词用[MASK]替代，把盖住的地方丢进一个classifier来预测是哪一个词汇，然后往里面填充相应的编码，如果填进去并没有违和感，则表示预测准确。

3.22Next Sentence Prediction
给出两个句子，BERT判断两个句子是否是接在一起的。
[CLS]放在句子开头，输出的embedding,丢进classifier，来看到看是否要接在一起，bert的内部不是rnn，是self attention,：特点，放在开头和结尾，影响不大，所以开头和结尾没有区别，用于存储判断的结果。

3.3 如何利用BERT？：得到一个新的整体的。
BERT论文中给出的例子是将BERT和接下来的任务一起训练的.
在ELMO中，训练好的embedding是不会参与下游训练的，下游任务会训练不同embedding对应的权重，但在Bert中，Bert是和下游任务一起训练的：

如果是分类任务，在句子前面加一个标志，将其经过Bert得到的embedding输出到二分类模型中，得到分类结果。二分类模型从头开始学，而Bert在预训练的基础上进行微调（fine-tuning）。

• 例1：分类
  Input: single sentence,
  output: class
  Example: Sentiment analysis (our HW),Document Classification：文章分类
  对于分类任务可以给句子前加一个[CLS]，然后在进行线性的分类。分类器的参数是随机初始化的，分类器也和bert一起调整学习。也可以加上标签训练线性分类起，同时对BERT进行微调（Fine-tune）。

• 例2:词性标注
  Input: single sentence,
  output: class of each word
  Example：Slot filling
  比如，到达台北
  到达的output是other，台北是地点
  
• 例3:自然语言推理：只有三个输出的问题，对，错，不知道
  Input: two sentences,
  output: class
  Example: Natural Language Inference

• 例4：阅读理解
  两个问题落到第s的doken和第e的token,也就是说答案就是s到e，output是s到e。
  
• 最后一个例子是抽取式QA，抽取式的意思是输入一个原文和问题，输出两个整数start和end，代表答案在原文中的起始位置和结束位置，两个位置中间的结果就是答案
  具体怎么解决刚才的QA问题呢？把问题 - 分隔符 - 原文输入到BERT中，每一个单词输出一个黄颜色的embedding，这里还需要学习两个（一个橙色一个蓝色）的向量，这两个向量分别与原文中每个单词对应的embedding进行点乘，经过softmax之后得到输出最高的位置。正常情况下start <= end，但如果start > end的话，说明是矛盾的case，此题无解。
  
  Bert一出来就开始在各项比赛中崭露头角，百度提出的ERNIE，ERNIE也是芝麻街的人物，而且还是Bert的好朋友。ernie是专为u中文设计的。
  bert的这马多层，就像一个NLP,是一个阶层的关系，输出层做笔记困难的任务，如果24层，就是学24层的weight，比如词性分析，虽好的解决的是第13层到17层，更难的问题解决可能需要更下面的层。

bert神奇到什么程度：给英文分类，自动就能学会中文文章的分类。

4.GPT-2

GPT是Generative Pre-Training 的简称，但GPT不是芝麻街的人物。GPT-2的模型非常巨大，它其实是Transformer的Decoder。

比如ELMO需要94M，BERT需要340M，但GPT就像个巨大的独角兽，1532M

GPT-2是Transformer(变压器)的Decoder（解码器）部分，输入一个句子中的上一个词，我们希望模型可以得到句子中的下一个词。根据“潮水”预测下一个词语“退了”，中间做self attension：有很多层，分别做attntion，得到一个embedding，来做预测。

由于GPT-2的模型非常巨大，它在很多任务上都达到了惊人的结果，甚至可以做到zero-shot learning（简单来说就是模型的迁移能力非常好），如阅读理解任务，不需要任何阅读理解的训练集，就可以得到很好的结果。
比如给一篇文章，然后给一个 问题，直接就给答案，
还可以做翻译，特别快。

GPT-2可以自己进行写作，写得还是不错的！

阅读理解：变现不错哦，GPT参数越高，争取率越高，自动看到A冒号就输出问题的答案
Summarization：上表现就比较差。