Transformers 快速入门 | 一

作者|huggingface
编译|VK
来源|Github

理念

Transformers是一个为NLP的研究人员寻求使用/研究/扩展大型Transformers模型的库。

该库的设计有两个强烈的目标:

• 尽可能简单和快速使用:
  • 我们尽可能限制了要学习的面向对象抽象的类的数量，实际上几乎没有抽象，每个模型只需要使用三个标准类:配置、模型和tokenizer，
  • 所有这些类都可以通过使用公共的from_pretrained()实例化方法从预训练实例以简单统一的方式初始化，该方法将负责从库中下载，缓存和加载相关类提供的预训练模型或你自己保存的模型。
  • 因此，这个库不是构建神经网络模块的工具箱。如果您想扩展/构建这个库，只需使用常规的Python/PyTorch模块，并从这个库的基类继承，以重用诸如模型加载/保存等功能。
• 提供最先进的模型与性能尽可能接近的原始模型:
  • 我们为每个架构提供了至少一个例子，该例子再现了上述架构的官方作者提供的结果
  • 代码通常尽可能地接近原始代码，这意味着一些PyTorch代码可能不那么pytorch化，因为这是转换TensorFlow代码后的结果。

其他几个目标:

• 尽可能一致地暴露模型的内部:
  • 我们使用一个API来访问所有的隐藏状态和注意力权重，
  • 对tokenizer和基本模型的API进行了标准化，以方便在模型之间进行切换。
• 结合一个主观选择的有前途的工具微调/调查这些模型:
  • 向词汇表和嵌入项添加新标记以进行微调的简单/一致的方法，
  • 简单的方法面具和修剪变压器头。

主要概念

该库是建立在三个类型的类为每个模型:

• model类是目前在库中提供的8个模型架构的PyTorch模型(torch.nn.Modules)，例如BertModel
• configuration类，它存储构建模型所需的所有参数，例如BertConfig。您不必总是自己实例化这些配置，特别是如果您使用的是未经任何修改的预训练的模型，创建模型将自动负责实例化配置(它是模型的一部分)
• tokenizer类，它存储每个模型的词汇表，并在要输送到模型的词汇嵌入索引列表中提供用于编码/解码字符串的方法，例如BertTokenizer

所有这些类都可以从预训练模型来实例化，并使用两种方法在本地保存:

• from_pretraining()允许您从一个预训练版本实例化一个模型/配置/tokenizer，这个预训练版本可以由库本身提供(目前这里列出了27个模型)，也可以由用户在本地(或服务器上)存储，
• save_pretraining()允许您在本地保存模型/配置/tokenizer，以便可以使用from_pretraining()重新加载它。

我们将通过一些简单的快速启动示例来完成这个快速启动之旅，看看如何实例化和使用这些类。其余的文件分为两部分:

• 主要的类详细介绍了三种主要类(配置、模型、tokenizer)的公共功能/方法/属性，以及一些作为训练工具提供的优化类，
• 包引用部分详细描述了每个模型体系结构的每个类的所有变体，特别是调用它们时它们期望的输入和输出。

快速入门：使用

这里有两个例子展示了一些Bert和GPT2类以及预训练模型。

有关每个模型类的示例，请参阅完整的API参考。

BERT示例

让我们首先使用BertTokenizer从文本字符串准备一个标记化的输入（要输入给BERT的标记嵌入索引列表）

import torch
from transformers import BertTokenizer, BertModel, BertForMaskedLM

# 可选：如果您想了解发生的信息，请按以下步骤logger
import logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)

# 加载预训练的模型标记器（词汇表）
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased')

# 标记输入
text = "[CLS] Who was Jim Henson ? [SEP] Jim Henson was a puppeteer [SEP]"
tokenized_text = tokenizer.tokenize(text)

# 用“BertForMaskedLM”掩盖我们试图预测的标记`
masked_index = 8
tokenized_text[masked_index] = '[MASK]'
assert tokenized_text == ['[CLS]', 'who', 'was', 'jim', 'henson', '?', '[SEP]', 'jim', '[MASK]', 'was', 'a', 'puppet', '##eer', '[SEP]']

# 将标记转换为词汇索引
indexed_tokens = tokenizer.convert_tokens_to_ids(tokenized_text)
# 定义与第一句和第二句相关的句子A和B索引（见论文）
segments_ids = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]

# 将输入转换为PyTorch张量
tokens_tensor = torch.tensor([indexed_tokens])
segments_tensors = torch.tensor([segments_ids])

让我们看看如何使用BertModel在隐藏状态下对输入进行编码：

# 加载预训练模型（权重）
model = BertModel.from_pretrained('bert-base-uncased')

# 将模型设置为评估模式
# 在评估期间有可再现的结果这是很重要的！
model.eval()

# 如果你有GPU，把所有东西都放在cuda上
tokens_tensor = tokens_tensor.to('cuda')
segments_tensors = segments_tensors.to('cuda')
model.to('cuda')

#预测每个层的隐藏状态特征
with torch.no_grad():
    # 有关输入的详细信息，请参见models文档字符串
    outputs = model(tokens_tensor, token_type_ids=segments_tensors)
    # Transformer模型总是输出元组。
    # 有关所有输出的详细信息，请参见模型文档字符串。在我们的例子中，第一个元素是Bert模型最后一层的隐藏状态
    encoded_layers = outputs[0]
# 我们已将输入序列编码为形状（批量大小、序列长度、模型隐藏维度）的FloatTensor
assert tuple(encoded_layers.shape) == (1, len(indexed_tokens), model.config.hidden_size)

以及如何使用BertForMaskedLM预测屏蔽的标记：

# 加载预训练模型（权重）
model = BertForMaskedLM.from_pretrained('bert-base-uncased')
model.eval()

# 如果你有GPU，把所有东西都放在cuda上
tokens_tensor = tokens_tensor.to('cuda')
segments_tensors = segments_tensors.to('cuda')
model.to('cuda')

# 预测所有标记
with torch.no_grad():
    outputs = model(tokens_tensor, token_type_ids=segments_tensors)
    predictions = outputs[0]

# 确认我们能预测“henson”
predicted_index = torch.argmax(predictions[0, masked_index]).item()
predicted_token = tokenizer.convert_ids_to_tokens([predicted_index])[0]
assert predicted_token == 'henson'

OpenAI GPT-2

下面是一个快速开始的例子，使用GPT2Tokenizer和GPT2LMHeadModel类以及OpenAI的预训练模型来预测文本提示中的下一个标记。

首先，让我们使用GPT2Tokenizer

import torch
from transformers import GPT2Tokenizer, GPT2LMHeadModel

# 可选：如果您想了解发生的信息，请按以下步骤logger
import logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)

# 加载预训练模型（权重）
tokenizer = GPT2Tokenizer.from_pretrained('gpt2')

# 编码输入
text = "Who was Jim Henson ? Jim Henson was a"
indexed_tokens = tokenizer.encode(text)

# 转换为PyTorch tensor
tokens_tensor = torch.tensor([indexed_tokens])

让我们看看如何使用GPT2LMHeadModel生成下一个跟在我们的文本后面的token：

# 加载预训练模型（权重）
model = GPT2LMHeadModel.from_pretrained('gpt2')

# 将模型设置为评估模式
# 在评估期间有可再现的结果这是很重要的！
model.eval()

# 如果你有GPU，把所有东西都放在cuda上
tokens_tensor = tokens_tensor.to('cuda')
model.to('cuda')

# 预测所有标记
with torch.no_grad():
    outputs = model(tokens_tensor)
    predictions = outputs[0]

# 得到预测的下一个子词（在我们的例子中，是“man”这个词）
predicted_index = torch.argmax(predictions[0, -1, :]).item()
predicted_text = tokenizer.decode(indexed_tokens + [predicted_index])
assert predicted_text == 'Who was Jim Henson? Jim Henson was a man'

每个模型架构（Bert、GPT、GPT-2、Transformer XL、XLNet和XLM）的每个模型类的示例，可以在文档中找到。

使用过去的GPT-2

以及其他一些模型（GPT、XLNet、Transfo XL、CTRL），使用past或mems属性，这些属性可用于防止在使用顺序解码时重新计算键/值对。它在生成序列时很有用，因为注意力机制的很大一部分得益于以前的计算。

下面是一个使用带past的GPT2LMHeadModel和argmax解码的完整工作示例（只能作为示例，因为argmax decoding引入了大量重复）：

from transformers import GPT2LMHeadModel, GPT2Tokenizer
import torch

tokenizer = GPT2Tokenizer.from_pretrained("gpt2")
model = GPT2LMHeadModel.from_pretrained('gpt2')

generated = tokenizer.encode("The Manhattan bridge")
context = torch.tensor([generated])
past = None

for i in range(100):
    print(i)
    output, past = model(context, past=past)
    token = torch.argmax(output[..., -1, :])

    generated += [token.tolist()]
    context = token.unsqueeze(0)

sequence = tokenizer.decode(generated)

print(sequence)

由于以前所有标记的键/值对都包含在past，因此模型只需要一个标记作为输入。

Model2Model示例

编码器-解码器架构需要两个标记化输入：一个用于编码器，另一个用于解码器。假设我们想使用Model2Model进行生成性问答，从标记将输入模型的问答开始。

import torch
from transformers import BertTokenizer, Model2Model

# 可选：如果您想了解发生的信息，请按以下步骤logger
import logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)

# 加载预训练模型（权重）
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased')

# 编码输入（问题）
question = "Who was Jim Henson?"
encoded_question = tokenizer.encode(question)

# 编码输入（答案）
answer = "Jim Henson was a puppeteer"
encoded_answer = tokenizer.encode(answer)

# 将输入转换为PyTorch张量
question_tensor = torch.tensor([encoded_question])
answer_tensor = torch.tensor([encoded_answer])

让我们看看如何使用Model2Model获取与此（问题，答案）对相关联的loss值：

#为了计算损失，我们需要向解码器提供语言模型标签（模型生成的标记id）。
lm_labels =  encoded_answer
labels_tensor = torch.tensor([lm_labels])

# 加载预训练模型（权重）
model = Model2Model.from_pretrained('bert-base-uncased')

# 将模型设置为评估模式
# 在评估期间有可再现的结果这是很重要的！
model.eval()

# 如果你有GPU，把所有东西都放在cuda上
question_tensor = question_tensor.to('cuda')
answer_tensor = answer_tensor.to('cuda')
labels_tensor = labels_tensor.to('cuda')
model.to('cuda')

# 预测每个层的隐藏状态特征
with torch.no_grad():
    # 有关输入的详细信息，请参见models文档字符串
    outputs = model(question_tensor, answer_tensor, decoder_lm_labels=labels_tensor)
    # Transformers模型总是输出元组。
    # 有关所有输出的详细信息，请参见models文档字符串
    # 在我们的例子中，第一个元素是LM损失的值
    lm_loss = outputs[0]

此损失可用于对Model2Model的问答任务进行微调。假设我们对模型进行了微调，现在让我们看看如何生成答案：

# 让我们重复前面的问题
question = "Who was Jim Henson?"
encoded_question = tokenizer.encode(question)
question_tensor = torch.tensor([encoded_question])

# 这次我们试图生成答案，所以我们从一个空序列开始
answer = "[CLS]"
encoded_answer = tokenizer.encode(answer, add_special_tokens=False)
answer_tensor = torch.tensor([encoded_answer])

# 加载预训练模型（权重）
model = Model2Model.from_pretrained('fine-tuned-weights')
model.eval()

# 如果你有GPU，把所有东西都放在cuda上
question_tensor = question_tensor.to('cuda')
answer_tensor = answer_tensor.to('cuda')
model.to('cuda')

# 预测所有标记
with torch.no_grad():
    outputs = model(question_tensor, answer_tensor)
    predictions = outputs[0]

# 确认我们能预测“jim”
predicted_index = torch.argmax(predictions[0, -1]).item()
predicted_token = tokenizer.convert_ids_to_tokens([predicted_index])[0]
assert predicted_token == 'jim'

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