预训练模型--GPT

why预训练+finetune

目前在nlp领域，比较流行的一种方式就是“pretrain+finetune”
为什么是这种模式呢？

1. 在nlp领域大量数据是无标签的，只有小量数据是有标签的，而大量数据可以帮助模型获得更好的效果（泛化能力），所以在pretrain阶段采用大量无标签的数据无监督学习（在此阶段模型没有明确的下游任务目标，学习的是普适的文本特征），而再在finetune阶段再根据不同具体任务使用小量有标签的数据有监督微调；
2. 在nlp领域任务种类并不只有一种，也就是说上面提到的finetune阶段任务是各种各样的，这样如果没有pretrain，只能像之前word2vec那样给finetune提供单个词的特征向量，而无法关注整体上下文（这里顺便提一下上周的ELMO是第一个“pretrain+finetune”方式的，就是在pretrain阶段获取了上下文信息）

各种预训练模型的区别

上周提到的ELMO是采用了加入双层双向LSTM的方式进行预训练，获得词的上下文信息，本文要提及的BERT和GPT则是使用transformer替代LSTM，相对而言，transformer鲁棒性更好，可以叠加计算的层数更多，在长距离的表现也更好。（另外，GPT和BERT与ELMO还有一个最本质的区别，就是ELMO pretrain的结果是fintune模型的一个特征输入，而GPT和BERT就是在fintune模型上做pretrain）

GPT和BERT之间的区别则是：GPT选择了transformer中decoder阶段结构作为预训练结构；而BERT选择了transformer中encoder阶段结构作为预训练结构。
这样首先需要知道encoder结构和decoder结构之间的利弊：

encoder	decoder
双向网络	单向网络
没有天然的预测目标（Bert自己构造mask）	有天然的预测目标（天然mask+预测下一个词）
能看到所有词（更适合做语言理解）	只能看到一个词前面的词（更适合做语言预测）

上述这些优缺点其实也就是GPT和BERT的主要区别。

GPT

GPT-整体架构

如上面所说，GPT使用了transformer的decoder部分，每层Trms构成了一个自左向右单层的transformer，总共堆叠了12层Trms。
GPT去掉了原先decoder中使用encoder进行attention的部分（因为没使用encoder啊），每层Trms只有一个 Masked Multi Self-Attention（768 维向量+12个Attention Head）和一个 Feed Forward，如下图所示：

GPT-pretrain

训练目标：给定一个无监督的标记语料库U={u1,u2…un} ，我们使用一个标准的语言建模目标来最大化以下可能性：

具体训练方式如前面所说，将token的词嵌入和位置嵌入作为输入h0（0表示第一层），然后叠加12层transformer，最后通过softmax获得预测的下一个单词的概率。

其中U=(u-k，……，u-1)是当前token前的k个tokens，n是模型层数（12层），We是tokens词嵌入的embedding矩阵（句子长度embed纬度），Wp是位置嵌入的embedding矩阵（语料库词汇大小embed纬度）。（两个embedding均为随机初始化）。

GPT-finetune

我们假设一个有标记的数据集C，由一组输入tokens序列x1，……，xm，还有一个标签y组成，
将这些tokens输入pretrain的模型获得最终层transformer的输出hlm，
然后将其输入到一个附加的线性输出层，通过参数Wy来预测标签y：

最终有监督finetune期望的目标是，最大化以下目标：

在实验中发现，将pretrain中的目标L1一起加入进来可以更好的范化监督模型，而且可以加速收敛，所以最终finetune阶段的目标为：

总的来说，在finetune阶段，我们需要的唯一额外参数是Wy和分隔符标记的tokens。

GPT- Task-specific input transformations

对于文本分类任务，直接使用上述的finetune即可，但对于其他任务，如文本蕴含、文本相似度、问答等，由于我们的pretrain模型是在连续的文本序列上进行训练的，所以我们需要进行一些修改来将其应用于这些任务。
为了防止模型有比较大的改动，主要对输入进行了改动，如下图所示，这些改动包括增加了新的linear层，以及为tokens之间增加了start、delim、extract这些分隔符、标识位。

下面为三种任务的输入改动：

• 文本蕴含任务：（文本蕴含是指当一个句子p为前提时，可以推断出另一个句子h假设为真）输入改动为：将前提句子p和假设句子h的tokens序列连接起来，中间有一个分隔符标记（delim）。
• 文本相似任务：对于相似任务，被比较的两个句子没有固有的排序。为了反映这一点，论文修改了输入序列，让两种可能的句子顺序进行拼接(在两个句子中间加分隔符delim )，分别独立过transformer，生成两个序列的表示hml，然后按位相加，再过线性层和softmax层。
• 问答、推理：对于这些任务，存在一个上下文文档z、一个问题q和一组可能的答案{ak}。论文将文档上下文和问题与每个可能的答案连接起来，并添加一个分隔符$在中间得到t [z; q; $; ak].。这些序列中的每个都用GPT模型独立处理，然后通过一个softmax层进行归一化，以产生可能答案的输出概率分布。