本文對(duì)BERT的原理、技術(shù)細(xì)節(jié)以及如何應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景中，做了簡(jiǎn)明扼要的介紹。看完本文相信您會(huì)對(duì)BERT為什么被認(rèn)為是當(dāng)前最好的NLP模型、實(shí)現(xiàn)原理以及適用場(chǎng)景有所了解。

目前最好的自然語(yǔ)言預(yù)訓(xùn)練方法無(wú)疑是BERT。它的工作流程分為兩步：

首先，使用大量未標(biāo)記的數(shù)據(jù)，以預(yù)訓(xùn)練、也就是無(wú)人監(jiān)督的方式學(xué)習(xí)語(yǔ)言表達(dá)。

然后，使用少量經(jīng)過(guò)標(biāo)記的訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行fine-tune，以監(jiān)督學(xué)習(xí)的方式，執(zhí)行多種監(jiān)督任務(wù)。

預(yù)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型已經(jīng)在包括視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域取得了成功。

詳解BERT及其原理

BERT是Bidirectional Encoder Representations from Transformers的縮寫(xiě)，是一種新型的語(yǔ)言模型，通過(guò)聯(lián)合調(diào)節(jié)所有層中的雙向Transformer來(lái)訓(xùn)練預(yù)訓(xùn)練深度雙向表示。

它基于谷歌2017年發(fā)布的Transformer架構(gòu)，通常的Transformer使用一組編碼器和解碼器網(wǎng)絡(luò)，而B(niǎo)ERT只需要一個(gè)額外的輸出層，對(duì)預(yù)訓(xùn)練進(jìn)行fine-tune，就可以滿足各種任務(wù)，根本沒(méi)有必要針對(duì)特定任務(wù)對(duì)模型進(jìn)行修改。

BERT將多個(gè)Transformer編碼器堆疊在一起。Transformer基于著名的多頭注意力（Multi-head Attention）模塊，該模塊在視覺(jué)和語(yǔ)言任務(wù)方面都取得了巨大成功。

BERT的先進(jìn)性基于兩點(diǎn)：首先，使用Masked Langauge Model（MLM）和Next Sentense Prediction（NSP）的新預(yù)訓(xùn)練任務(wù)；其次，大量數(shù)據(jù)和計(jì)算能力滿足BERT的訓(xùn)練強(qiáng)度。

相比之下，像Word2Vec、ELMO、OpenAI GPT等傳統(tǒng)SOTA生成預(yù)訓(xùn)練方法，使用從左到右的單向訓(xùn)練，或者淺雙向，均無(wú)法做到BERT的雙向性。

MLM

MLM可以從文本執(zhí)行雙向?qū)W習(xí)，即允許模型從單詞前后相鄰的單詞，學(xué)習(xí)每個(gè)單詞的上下文，這是傳統(tǒng)方法做不到的。

MLM預(yù)訓(xùn)練任務(wù)將文本轉(zhuǎn)換為符號(hào)，并使用符號(hào)表示作為訓(xùn)練的輸入和輸出。15%的符號(hào)隨機(jī)子集在訓(xùn)練期間被屏蔽（類(lèi)似被隱藏起來(lái)），目標(biāo)函數(shù)則用來(lái)預(yù)測(cè)符號(hào)識(shí)別的正確率。

這與使用單向預(yù)測(cè)作為目標(biāo)、或使用從左到右和從右到左訓(xùn)練，來(lái)近似雙向性的傳統(tǒng)訓(xùn)練方法形成了對(duì)比。

但是MLM中的BERT屏蔽策略，將模型偏向于實(shí)際的單詞，還沒(méi)有數(shù)據(jù)顯示這種偏見(jiàn)對(duì)訓(xùn)練所產(chǎn)生的影響。

NSP

NSP使得BERT可以通過(guò)預(yù)測(cè)上下句之間是否連貫來(lái)得出句子之間的關(guān)系。

給出50％正確上下句配對(duì)，并補(bǔ)充50％的隨機(jī)上下句配對(duì)，然后對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。

MLM和NSP是同時(shí)進(jìn)行的。

數(shù)據(jù)和TPU/GPU runtime

BERT的訓(xùn)練總共使用了33億單詞。其中25億來(lái)自維基百科，剩下8億來(lái)自BooksCorpus。

訓(xùn)練使用TPU完成，GPU估算如下所示。

使用2500-392000標(biāo)記的樣品進(jìn)行fine-tune。重要的是，100K以上訓(xùn)練樣本的數(shù)據(jù)集在各種超參數(shù)上表現(xiàn)出強(qiáng)大的性能。

每個(gè)fine-tune實(shí)驗(yàn)在單個(gè)云TPU上運(yùn)行1小時(shí)，在GPU上需要運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)不等。

結(jié)果顯示，BERT優(yōu)于11項(xiàng)NLP任務(wù)。在SQUAD和SWAG兩個(gè)任務(wù)中，BERT成為第一個(gè)超越人類(lèi)的NLP模型！

BERT能夠解決的實(shí)際任務(wù)類(lèi)型

BERT預(yù)訓(xùn)練了104種語(yǔ)言，已在TensorFlow和Pytorch中實(shí)現(xiàn)并開(kāi)源。Clone地址：

https：//github.com/google-research/Bert

BERT可以針對(duì)幾種類(lèi)型的任務(wù)進(jìn)行fine-tune。例如文本分類(lèi)、文本相似性、問(wèn)答、文本標(biāo)簽、如詞性、命名實(shí)體識(shí)別等。

但是，預(yù)訓(xùn)練BERT是很貴的，除非使用類(lèi)似于Nvidia V100這樣的TPU或GPU。

BERT人員還發(fā)布了一個(gè)單獨(dú)的多語(yǔ)種模型，該模型使用整個(gè)維基百科的100種語(yǔ)言進(jìn)行訓(xùn)練，性能比單語(yǔ)種的低幾個(gè)百分點(diǎn)。