OpenAI：基于对比学习的预训练文本&代码表征技术
写在前面
大家好，我是刘聪NLP。
今天给大家带来一篇OpenAI的论文，基于对比学习预训练的文本和代码表征，全名《Text and Code Embeddings by Contrastive Pre-Training》。
其实，这篇论文在春节放假期间我就看了，模型是套用GPT-3的模型，只是采用对比学习的方法，又继续预训练了一波；但是里面有个结论假设还挺有意思的，就是「搜索任务和句子相似任务，在句向量表征中是冲突的。」
这与我在真实情况下得到的结论差不多，后面会具体分析。
https://arxiv.org/pdf/2201.10005.pdf
介绍
虽然句子表征和检索任务都为了获取更好地向量表征，但是句子表征往往在相似度任务上进行评测，而检索任务往往是在检索数据集进行评测。该论文旨在训练一个「文本向量表征」模型，可以在两者均较好的模型。
句向量表征技术目前已经通过对比学习获取了很好的效果。对比学习的宗旨就是拉近相似数据，推开不相似数据，有效地学习数据表征。之前一些论文在构造正样本时大多采用数据增强的技术，而该论文在文本向量表征时，采用互联网上的数据进行训练，将「相邻的文本片段」作为对比学习目标的「正例对」。
模型
模型结构采用由多层Transformer-Decoder组成的GPT结构。如下图所示，针对一段文本，将其前后插入特殊占位符[SOS]和[EOS]，输入到模型中，将模型输出[EOS]向量作为该文本的文本表征向量。
在训练时，如下图所示，针对两段文本和，将其分别输入到模型中，获取对应的文本向量和对应的文本向量，并计算两个向量的余弦相似度。
其中，表示字符链接。发现，当采用不同分隔符时，可以获取更好地训练结果，其中，“[”和“]”作为的前后分隔符，“{”和“}”作为的前后分隔符。
损失函数采用InfoNCE loss，将一个批次内的正样本拉近，负样本推开，批次内对角线上的样本对为正例。
其中，为可训练的温度参数。伪代码如下：
labels = np.arange(M)
l_r = cross_entropy(logits, labels, axis=0)
l_c = cross_entropy(logits, labels, axis=1)
loss = (l_r + l_c) / 2
对于文本向量表征模型采用GPT-3系列模型参数进行初始化，继续进行对比学习训练。并且采用了超大的批次大小，如下表所示。
结果
针对文本分类任务，无监督和有监督的效果如下表所示，在AVG上，从模型S到XL基本上均取得了sota，但在各个任务上，还是存在波动。
针对文本相似度任务，无监督和有监督的效果如下表所示，无论是大模型还是小模型，效果均不理想，相较于SimCSE低了很多。 针对文本检索任务，无监督和有监督的效果如下表所示，取得了较好的效果。相较于ColBert等交互或半交互式向量表征，在计算时间上也存在优势。 对于代码检索任务，该论文还进行了代码-文本的对比学习模型，效果如下表所示，在各种语言代码上，均取得了非常好的效果。并且，仅用文本训练的模型，在python语言上的代码检索任务也取得了很好的效果。
分析
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Batch Size对模型的影响
这个已经是老生常谈的问题了，由于对比学习的机制，当Batch Size越大时，学习难度就越高，使得模型可以学得更好。并且实验证明，当Batch Size为1536时，在NQ数据上MRR@10可以仅有71.4，而Batch Size为12288时，可以达到84.7。
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训练步数对模型效果得影响
这个也是一个老生常谈的问题，一般认为，训练越久，效果越好，后面会趋于稳定。该论文实验结果显示，训练越久，在检索和分类任务上，效果越好；而对于句子相似度任务来说，恰巧相反。
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为什么检索任务与相似度任务会存在冲突？
个人观点，从本质出发，检索任务是判断两段内容是否有关联，相似度任务是判断两端内容是否相似，往往有关联得内容是不相似，这就导致两个任务得目标是有差别的。从该论文预训练任务出发，采用上下文数据，作为对比学习正例，上下文数据往往是关联的，而不是相似的，导致模型越训练，在检索任务上就越好，而在相似度任务上恰巧相反。从数据出发，对于检索任务一般输入为短句和长句，对于相似任务一般是短句和短句，因此在模型获取信息上有所区别，并在该论文的预训练任务上，数据分布更趋近于检索任务。
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个人真实案例
在工业上，QQ匹配就是相似度任务、QD匹配就是检索任务。本人曾经在大量阅读理解数据上训练QD向量表征模型，可以在检索任务上达到比较的效果。当迁移到FAQ任务的QQ匹配时，效果很差，并且就算将Q+A作为D，采用QD模型表征的效果也不是很理想，不如直接训练的QQ匹配模型。个人感觉还是由于数据分布，以及模型学到内容存在差异导致。
总结
总感觉OpenAI为了证明什么，非要采用GPT结构，感觉采用RoBerta-www模型作为初始化模型进行预训练，效果会比同等参数的GPT效果要好说不定会有意想不到收获。（没有实验，随便说说）
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