【深度学习】语言模型与注意力机制以及Bert实战指引之一

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统计语言模型和神经网络语言模型

区别：统计语言模型的本质是基于词与词共现频次的统计，而神经网络语言模型则是给每个词赋予了向量空间的位置作为表征，从而计算它们在高维连续空间中的依赖关系。
相对来说，神经网络的表示以及非线性映射，更加适合对自然语言进行建模。

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注意力机制和Bert

Attention is all you need 是关于注意力机制最经典的论文，它是机制，准确来说，不是一个算法，而是一个构建网络的思路。
其实 Attention 机制要做：找到最重要的关键内容。它对网络中的输入（或者中间层）的不同位置，给予了不同的注意力或者权重，然后再通过学习，网络就可以逐渐知道哪些是重点，哪些是可以舍弃的内容了。

BERT 的全称是 Bidirectional Encoder Representation from Transformers，即双向 Transformer 的 Encoder。作为一种基于 Attention 方法的模型，它最开始出现的时候可以说是抢尽了风头，在文本分类、自动对话、语义理解等十几项 NLP 任务上拿到了历史最好成绩。BERT 的理论框架主要是基于论文《Attention is all you need》中提出的 Transformer，而后者的原理则是刚才提到的 Attention。

结合上图我们要注意的是，BERT 采用了基于 MLM 的模型训练方式，即 Mask Language Model。因为 BERT 是 Transformer 的一部分，即 encoder 环节，所以没有 decoder 的部分（其实就是 GPT）。

用过 Word2Vec 的小伙伴应该比较清楚，在 Word2Vec 中，对于同一个词语，它的向量表示是固定的，这也就是为什么会有那个经典的“国王-男人+女人=皇后”的计算式了，但有个问题，“苹果”可能是水果，也可能是手机品牌。如果还是用同一个向量表示，就有偏差了，而BERT可以根据上下文的不同，对同一个token给出的词向量是动态变化的，很灵活。

实战Bert

配置环境和模型转换

安装hugging face的Pytorch版本的Transformers包

pip install Transformers

ref:https://github.com/huggingface/transformers

找到这里面很重要的两个文件：
convert_BERT_original_tf_checkpoint_to_PyTorch.py 和 modeling_BERT.py
第一个是将tf2的模型转成pytorch版的
第二个是给咱一个BERT的使用案例

选一个预训练模型Pre-trained Models
ref:https://github.com/google-research/bert

102 languages, 12-layer, 768-hidden, 12-heads, 110M parameters

模型转换：

python convert_tf_checkpoint_to_pytorch.py --tf_checkpoint_path D:\code\python_project\01mlforeveryone\multilingual_L-12_H-768_A-12\multilingual_L-12_H-768_A-12\bert_model.ckpt  --bert_config_file D:\code\python_project\01mlforeveryone\multilingual_L-12_H-768_A-12\multilingual_L-12_H-768_A-12\bert_config.json --pytorch_dump_path bert/pytorch_model.bin

转换成功
confiig.json BERT模型的配置文件，记录了所有用于训练的参数设置
PyTorch_model.bin 模型文件
vocab.txt 词表文件 用于识别所支持语言的字符、字符串或者单词

格式准备

输入的数据不能是直接把词输入到模型，需要转换成三种向量：

1. Token embeddings: 词向量， [CLS] 开头，用于文本分类等任务
2. Segment embeddings: 将两句话进行区分，比如问答任务，问句和答句同时输入，这就需要能够区分两句话的操作。
3. Position embeddings 单词的位置信息

模型构建

我们来搭建一个基于BERT的文本分类网络模型，包括：网络的设计、配置、以及数据准备。

网络设计

modeling_BERT.py 文件作者已经给我们提供了很多种类的NLP任务代码。
其中“BERTForSequenceClassification”, 这个分类网络我们可以直接使用，它是最基本的BERT文本分类的流程。

模型配置

config.json
id2label: 类别标签和类别名称的映射关系
label2id：类别名称和列表标签的映射关系
num_labels_cate:类别的数量

修改方式见这里
ref：https://blog.csdn.net/qsx123432/article/details/126159843
ref：https://blog.csdn.net/weixin_42223207/article/details/125024596

代码实战

import numpy as np
import torch
from transformers import BertTokenizer, BertConfig, BertForMaskedLM, BertForNextSentencePrediction
from transformers import BertModel

model_name = "./bert/bert-base-chinese/"
MODEL_PATH = "D:/code/python_project/01mlforeveryone/bert/bert-base-chinese/"
#### 'bert-base-chinese': "https://s3.amazonaws.com/models.huggingface.co/bert/bert-base-chinese-pytorch_model.bin",
####  'bert-base-chinese': "https://s3.amazonaws.com/models.huggingface.co/bert/bert-base-chinese-config.json",
####  'bert-base-chinese': "https://s3.amazonaws.com/models.huggingface.co/bert/bert-base-chinese-vocab.txt",
# a. 通过词典导入分词器
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained(model_name)
# b.导入配置文件
model_config = BertConfig.from_pretrained(model_name)
# 修改配置
model_config.output_hidden_states = True
model_config.output_attentions = True
# 通过配置和路径导入模型
bert_model = BertModel.from_pretrained(MODEL_PATH, config = model_config)

print(tokenizer.encode('吾儿莫慌'))   # [101, 1434, 1036, 5811, 2707, 102]

sen_code = tokenizer.encode_plus('这个故事没有终点', "正如星空没有彼岸")
print(sen_code)
"""
{'input_ids': [101, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 102, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 100, 102], 'token_type_ids': [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1], 'attention_mask': [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]}
"""
# 将input_ids转化回token：
print(tokenizer.convert_ids_to_tokens(sen_code['input_ids']))
"""
['[CLS]', '这', '个', '故', '事', '没', '有', '终', '点', '[SEP]', '正', '如', '星', '空', '没', '有', '彼', '岸', '[SEP]']
"""
# 将分词输入模型，得到编码：
# 对编码进行转换，以便输入Tensor
tokens_tensor = torch.tensor([sen_code['input_ids']])       # 添加batch维度并,转换为tensor,torch.Size([1, 19])
segments_tensors = torch.tensor(sen_code['token_type_ids']) # torch.Size([19])

bert_model.eval()

# 进行编码
with torch.no_grad():
    
    outputs = bert_model(tokens_tensor, token_type_ids = segments_tensors)
    encoded_layers = outputs   # outputs类型为tuple
    
    print(encoded_layers[0].shape, encoded_layers[1].shape, 
          encoded_layers[2][0].shape, encoded_layers[3][0].shape)
    # torch.Size([1, 19, 768]) torch.Size([1, 768])
    # torch.Size([1, 19, 768]) torch.Size([1, 12, 19, 19])
model_name = 'bert-base-chinese'    # 指定需下载的预训练模型参数

在下一 篇文章，我们将开始做更多的练习