【论文笔记】MDCSpell: A Multi-task Detector-Corrector Framework for Chinese Spelling Correction

论文复现 : https://blog.csdn.net/zhaohongfei_358/article/details/127035600

论文内容

论文地址: https://aclanthology.org/2022.findings-acl.98/

论文年份：2022

作者基于Transformer和BERT设计了一个多任务的网络来进行CSC（Chinese Spell Checking）任务（中文拼写纠错）。多任务分别是找出哪个字是错的和对错字进行纠正。

论文思路

作者对之前的模型进行了改进，其中(a), (b) 是之前的模型，(c)是作者提出的模型

• (a)： 直接使用一个"Correction Module"来进行错字修正，input为包含错字的token序列，output就是把所有的错字改成正确的，对于那些原本正确就重新输出即可。例如：input为基尼太美，output则为鸡你太美。典型的方法有BERT
• (b)：对Input通过一个Detection Module来预测一下哪些是错字，然后对错字进行mask得到masked Input，然后再送给“Correction Module”进行预测。典型的方法有Softed-mask BERT。 例如：input为基尼太美，Masked Input为[MASK][MASK]太美，output为鸡你太美。
• (c)：作者提出的方法。Input还是直接送给Correction Module，但另一方面Input还送给Detection Module，用Detection Module输出的向量和Correction Module输出的向量进行融合，然后再去做预测。(c)比(b)好的点主要有：①保留了错字的信息，这样可以让Correction Module更准确的预测。例如：input为哎呦，你干麻，如果使用(b)，则masked input会变成哎呦，你干[MASK]，此时就可能会修正成哎呦，你干啥，因为这也是语义通顺的。但如果给网络的麻这个错误信息，它就知道应该修正成哎呦，你干嘛了。 ② 在保留错字信息的同时，还能利用到Detection Module的信息。

模型架构

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Correction Network 的数据流向如下：

1.将token序列 [CLS] 遇 到 逆 竟 [SEP] 送给Word Embedding模块进行embeddings，得到向量$\{e_{CLS}^w,e_1^w,e_2^w,e_3^w,e_4^w,e_{SEP}^w\}$。

个人认为此时的embedding仅仅是Word Embeding，并不包含Position Embedding和Segment Embedding。

2.之后将$\{e_{CLS}^w,e_1^w,e_2^w,e_3^w,e_4^w,e_{SEP}^w\}$向量送入BERT，增加Position Embedding和Segment Embedding，得到 $\{e_C,e_1,e_2,e_3,e_4,e_S\}$。

3.在BERT内部，会经历多层的TransformerEncoder，最终的得到输出向量 $H^c=\{h_C^c,h_1^c,h_2^c,h_3^c,h_4^c,h_S^c\}$.

4.将BERT的输出 $H^c$ 和 隔壁Detection Network输出的 $H^d$ 进行融合，得到 $H=H^d+H^c$

融合时并不对[CLS]和[SEP]进行融合

5.将$H$送给全连接层(Dense Layer)做最后的预测。

Correction Network模型细节：

1. BERT：作者使用的是具有12层Transformer Block的BERT-base版。
2. Dense Layer：Dense Layer的输入通道为词向量维度，输出通道为词典大小。例如：词向量维度为768，词典大小为20000，则Dense Layer则为nn.Linear(768, 20000)
3. Dense Layer的初始化：Dense Layer的权重使用的是Word Embedding的参数。因为word Embedding是将词index转成词向量，所以其参数刚好是Dense Layer的转置，即Word Embedding是nn.Linear(20000, 768)，所以作者就是用Word Embedding的转置来初始化Dense Layer的参数。因为这样可以加速训练，且使模型变的稳定。

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Detection Network的数据流向如下：

1.输入为使用BERT得到的word Embedding $\{e_1^w,e_2^w,e_3^w,e_4^w\}$。虽然图里并不包含[CLS]和[SEP]的词向量，但个人认为不需要对其特殊处理，因为最后的预测也用不到这两个token.

2.将$\{e_1^w,e_2^w,e_3^w,e_4^w\}$增加Position Embedding信息，得到$\{e_1^{\prime },e_2^{\prime },e_3^{\prime },e_4^{\prime }\}$

在论文中说Detection Network使用的是向量$\{e_1,e_2,e_3,e_4\}$，其是word embedding+position embedding+segment embedding。这与图上是矛盾的，这里以图为准了。

3.将$\{e_1^{\prime },e_2^{\prime },e_3^{\prime },e_4^{\prime }\}$向量送入Transformer Block，得到输出向量$H^d=\{h_1^d,h_2^d,h_3^d,h_4^d\}$

4.一方面，将输出向量$H^d$送给隔壁的Correction Network进行融合；另一方面，将$H^d$送给后续的全连接层(Dense Layer)来判断哪个token是错误的.

Detection Network的细节：

1. Transformer Block：Transformer Block是2层的TransformerEncoder。
2. Transformer Block参数初始化：Transformer Block参数初始化使用的是BERT的权重。
3. Dense Layer：Dense Layer的输入通道为词向量大小，输出通道为1。使用Sigmoid来判别该token为错字的概率。

损失函数

Correction Network和Detection Network使用的都是Cross Entropy。之后进行相加即可：

$$L=\lambda L^c+(1-\lambda )L^d$$

其中 $\lambda \in [0,1]$ 。作者通过实验得出 $\lambda =0.85$ 时效果最好。

训练细节

第一步，首先使用 Wang271K(自己造的假数据) 数据集进行训练。batch size为32， learning rate为2e-5

第二步，使用SIGHAN训练集进行fine-tune。 batch size为32，learning rate为1e-5

作者并没有提到使用的是什么Optimizer，但看这个学习率，应该是Adam。

实验结果

个人总结

论文亮点：

1. 纠错网络(Correction Network)的预测层加入了Detection Module的Hidden States，保留了原有错字信息的同时，增加了“是否是错字”的信息，让网络可以更好的预测出结果。
2. 使用BERT的Word Embedding参数来初始化Correction Network的预测层（全连接层）的参数，使得模型可以更快更稳定的收敛。
3. 使用BERT的Transfomer参数来初始化Detection Network的Transformer参数，让Detection Network可以更快更稳定的学习。
4. 先使用大数据集对模型进行训练，然后再使用和测试集分布较为一致的训练集进行fine-tune，在fine-tune时，减小学习率。