NLP08：huggingface transformers-使用Albert进行中文文本分类

公众号：数据挖掘与机器学习笔记

1.Albert简介

Alber相对于原始BERT模型主要有三点改进：

• embedding 层参数因式分解

• 跨层参数共享

• 将 NSP 任务改为 SOP 任务

1.1 embedding 层参数因式分解（Factorized Embedding Parameterization）

原始的 BERT 模型以及各种依据 Transformer 的预训连语言模型都有一个共同特点，即 $E=H$，其中 E 指的是 Embedding Dimension，$H$ 指的是 Hidden Dimension。这就会导致一个问题，当提升 Hidden Dimension 时，Embedding Dimension 也需要提升，最终会导致参数量呈平方级的增加。所以 ALBERT 的作者将 $E和H$ 进行解绑**，具体的操作就是**在 Embedding 后面加入一个矩阵进行维度变换。$E$ 的维度是不变的，如果 $H$ 增大了，我们只需要在 $E$ 后面进行一个升维操作即可

原本参数数量为 $V?H$，V 表示的是 Vocab Size。分解成两步则减少为$ V?E+E?H$，当$ H$ 的值很大时，这样的做法能够大幅降低参数数量

V?H=30000?768=23,040,000

V?E+E?H=30000?256+256?768=7,876,608

通过因式分解 Embedding 的实验可以看出，对于参数不共享的版本，随着 $E$ 的增大，效果是不断提升的。但是参数共享的版本似乎不是这样，$E$ 最大并不是效果最好。同时也能发现参数共享对于效果可能带来 1-2 个点的下降

1.2 跨层参数共享（Cross-Layer Parameter Sharing）

传统 Transformer 的每一层参数都是独立的，包括各层的 self-attention、全连接。这样就导致层数增加时，参数量也会明显上升。之前有工作试过单独将 self-attention 或者全连接层进行共享，都取得了一些效果。ALBERT 作者尝试将所有层的参数进行共享，相当于只学习第一层的参数，并在剩下的所有层中重用该层的参数，而不是每个层都学习不同的参数

同时作者通过实验还发现了，使用参数共享可以有效的提升模型稳定性，实验结果如下图

BERT-base 和 ALBERT 使用相同的层数以及 768 个隐藏单元，结果 BERT-base 共有 1.1 亿个参数，而 ALBERT 只有 3100 万个参数。通过实验发现，feed-forward 层的参数共享会对精度产生比较大的影响；共享注意力参数的影响是最小的

1.3 将 NSP 任务改为 SOP 任务（Sentence-Order Prediciton (SOP)）

BERT 引入了一个叫做下一个句子预测的二分类问题。这是专门为提高使用句子对，如 “自然语言推理” 的下游任务的性能而创建的。但是像 RoBERTa 和 XLNet 这样的论文已经阐明了 NSP 的无效性，并且发现它对下游任务的影响是不可靠的

因此，ALBERT 提出了另一个任务 —— 句子顺序预测。关键思想是：

• 从同一个文档中取两个连续的句子作为一个正样本
• 交换这两个句子的顺序，并使用它作为一个负样本

SOP 提高了下游多种任务（SQUAD，MNLI，SST-2，RACE）的表现

2.使用Albert进行文本分类

import torch
from transformers import BertTokenizer,BertModel,BertConfig
import numpy as np
from torch.utils import data
from sklearn.model_selection import train_test_split
import pandas as pd

2.1 加载预训练模型

pretrained = 'voidful/albert_chinese_small' #使用small版本Albert
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained(pretrained)
model=BertModel.from_pretrained(pretrained)
config=BertConfig.from_pretrained(pretrained)

inputtext = "今天心情情很好啊，买了很多东西，我特别喜欢，终于有了自己喜欢的电子产品，这次总算可以好好学习了"
tokenized_text=tokenizer.encode(inputtext)
input_ids=torch.tensor(tokenized_text).view(-1,len(tokenized_text))
outputs=model(input_ids)

输出字向量表示和句向量

outputs[0].shape,outputs[1].shape

2.2 构建模型网络结构

class AlbertClassfier(torch.nn.Module):def __init__(self,bert_model,bert_config,num_class):super(AlbertClassfier,self).__init__()self.bert_model=bert_modelself.dropout=torch.nn.Dropout(0.4)self.fc1=torch.nn.Linear(bert_config.hidden_size,bert_config.hidden_size)self.fc2=torch.nn.Linear(bert_config.hidden_size,num_class)def forward(self,token_ids):bert_out=self.bert_model(token_ids)[1] #句向量 [batch_size,hidden_size]bert_out=self.dropout(bert_out)bert_out=self.fc1(bert_out) bert_out=self.dropout(bert_out)bert_out=self.fc2(bert_out) #[batch_size,num_class]return bert_out

albertBertClassifier=AlbertClassfier(model,config,2)
device=torch.device("cuda:0") if torch.cuda.is_available() else 'cpu'
albertBertClassifier=albertBertClassifier.to(device)

2.3 准备训练数据和验证数据

def get_train_test_data(pos_file_path,neg_file_path,max_length=100,test_size=0.2):data=[]label=[]pos_df=pd.read_excel(pos_file_path,header=None)pos_df.columns=['content']for index, row in pos_df.iterrows():row=row['content']ids=tokenizer.encode(row.strip(),max_length=max_length,padding='max_length',truncation=True)data.append(ids)label.append(1)neg_df=pd.read_excel(neg_file_path,header=None)neg_df.columns=['content']for index, row in neg_df.iterrows():row=row['content']ids=tokenizer.encode(row.strip(),max_length=max_length,padding='max_length',truncation=True)data.append(ids)label.append(0)X_train, X_test, y_train, y_test=train_test_split(data,label,test_size=test_size,shuffle=True)return (X_train,y_train),(X_test,y_test)

pos_file_path="../input/data01/pos.xls"
neg_file_path="../input/data01/neg.xls"
(X_train,y_train),(X_test,y_test)=get_train_test_data(pos_file_path,neg_file_path)
len(X_train),len(X_test),len(y_train),len(y_test),len(X_train[0])

class DataGen(data.Dataset):def __init__(self,data,label):self.data=dataself.label=labeldef __len__(self):return len(self.data)def __getitem__(self,index):return np.array(self.data[index]),np.array(self.label[index])

train_dataset=DataGen(X_train,y_train)
test_dataset=DataGen(X_test,y_test)
train_dataloader=data.DataLoader(train_dataset,batch_size=256)
test_dataloader=data.DataLoader(test_dataset,batch_size=256)

2.4.定义优化器和损失函数

criterion=torch.nn.CrossEntropyLoss()
optimizer=torch.optim.SGD(albertBertClassifier.parameters(),lr=0.01,momentum=0.9,weight_decay=1e-4)

2.5.模型训练和测试

for epoch in range(50):loss_sum=0.0accu=0albertBertClassifier.train()for step,(token_ids,label) in enumerate(train_dataloader):token_ids=token_ids.to(device)label=label.to(device)out=albertBertClassifier(token_ids)loss=criterion(out,label)optimizer.zero_grad()loss.backward() #反向传播optimizer.step() #梯度更新loss_sum+=loss.cpu().data.numpy()accu+=(out.argmax(1)==label).sum().cpu().data.numpy()test_loss_sum=0.0test_accu=0albertBertClassifier.eval()for step,(token_ids,label) in enumerate(test_dataloader):token_ids=token_ids.to(device)label=label.to(device)with torch.no_grad():out=albertBertClassifier(token_ids)loss=criterion(out,label)test_loss_sum+=loss.cpu().data.numpy()test_accu+=(out.argmax(1)==label).sum().cpu().data.numpy()print("epoch % d,train loss:%f,train acc:%f,test loss:%f,test acc:%f"%(epoch,loss_sum/len(train_dataset),accu/len(train_dataset),test_loss_sum/len(test_dataset),test_accu/len(test_dataset)))   

参考：

【1】https://www.wmathor.com/index.php/archives/1480/

代码：https://github.com/chongzicbo/nlp-ml-dl-notes/blob/master/code/textclassification/nlp08_huggingface_transformers_albert.ipynb