ELMO，BERT和GPT简介

Contextualized Word Embedding

同样的单词有不同的意思，比如下面的几个句子，同样有 “bank” ，却有着不同的意思。但是用训练出来的 Word2Vec 得到 “bank” 的向量会是一样的。向量一样说明 “word” 的意思是一样的，事实上并不是如此。这是 Word2Vec 的缺陷。

下面的句子中，同样是“bank”，确是不同的 token，只是有同样的 type

我们期望每一个 word token 都有一个 embedding。每个 word token 的 embedding 依赖于它的上下文。这种方法叫做 Contextualized Word Embedding。

EMLO

EMLO 是 Embeddings from Language Model 的缩写，它是一个 RNN-based 的模型，只需要有大量句子就可以训练。

我们可以把训练的 RNN 隐藏层的权重拿出来，把词汇经过隐藏层后输出的向量当做这个单词的 embedding，因为 RNN 是考虑上下文的，所以同一个单词在不同的上下文中它会得到不同的向量。上面是一个正向里的 RNN，如果觉得考虑到的信息不够，可以训练双向 RNN ，同样将隐藏层的输出作为 embedding。

如果我们的 RNN 有很多层，我们要拿那一隐藏层的输出作为 embedding？

在 ELMO 中，它取出每一层得到的向量，经过运算得到我们每一个单词的 embedding

比如上图，假设我们有2层，所以每个单词都会得到 2 个向量，最简单的方法就是把两个向量加起来作为这个单词的embedding。

EMLO中会把两个向量取出来，然后乘以不同的权重 $\alpha $，再将得到的我们得到的 embedding 做下游任务。

$\alpha $ 也是模型学习得到的，它会根据我们的下游任务一起训练得到，所以不同的任务用到的 $\alpha $ 是不一样的

比如我们的 embedding 可以有3个来源，如上图所示。分别是

原来没有经过 contextualized 的 embedding，就是上面的 Token
Token 经过第一层抽出第一个 embedding
Token 经过第二层抽出第二个 embedding

颜色的深浅代表了权重的大小，可以看到不同的任务（SRL、Coref 等）有着不同的权重。

BERT

BERT 是 Bidirectional Encoder Representations from Transformers 的缩写，BERT 是 Transformer 中的 Encoder。它由许多个 Encoder 堆叠而成

论文地址：https://arxiv.org/pdf/1810.04805.pdf

推荐的文章：https://cloud.tencent.com/developer/article/1389555

在 BERT 里面，我们的文本是不需要标签的，只有收集到一堆句子就可以训练了。

BERT 是 Encoder，所以可以看成输入一个句子，输出 embedding，每个 embedding 对应一个 word

上图的例子我们是以 “词” 为单位，有时候我们以 “字” 为单位会更好。比如中文的 “词” 是很多的，但是常用的 “字” 是有限的。

在 BERT 中，有两种训练方法，一种是 Masked LM。另一种是 Next Sentence Prediction。但一般同时使用，会取得更好的效果。下图是 BERT 的大体架构。可以看到 Pre-training 阶段和 Fine-Tuning 阶段中 BERT 模型，只有输出层不同，其他部分是完全一样的。

Masked LM

在 Masked LM 中，我们会把输入的句子中随机将15%的词汇置换为一个特殊的 token ，叫做 [MASK]

其实并不是所有被选中的词汇都会被替换为 [MASK] ，在 BERT 论文的 3.1 Pre-training BERT 中谈到了 3 种方式。

（1）80% 被替换为 [MASK]

（2）10% 被替换为随机 token

（3）10% 不替换

BERT 的任务就是猜出这些被置换掉的词汇的什么。

就像是一个填词游戏，挖去一句话中的某个单词，让你自己填上合适的单词

经过 BERT 后我们得到一个 embedding，再把置换为 [MASK] 的那个位置输出的 embedding 通过一个线性分类器，预测这个单词是什么

因为这个分类器是 Linear 的，所以它的能力非常非常弱，所以 BERT 要输出一个非常好的 embedding，才能预测出被置换掉的单词是什么

如果两个不同的词可以填在同一个句子，他们会有相似的embedding，因为他们语义相近

Next Sentence Prediction

在 Next Sentence Prediction 中，我们给 BERT 两个句子，让 BERT 预测这两个句子是不是接在一起的

[SEP]：特殊的toekn，代表两个句子的交界处

[CLS]：特殊的token，代表要做分类

我们再把 [CLS] 输出的向量通过一个线性分类器，让分类器判断这两个句子应不应该接在一起。

BERT 是 Transformer 的 Encoder，它用到了 self-attention 机制，可以读到句子的全部信息，所以 [CLS] 可以放在开头

BERT 论文中谈到输入的句子对中，以 A-B 描述这样的句子对。B 有50%的概率不变，就是真正的下一句（IsNext）。也有 50% 的概率会变成其他句子（NotNext）。

我们也可以直接把这个向量输入一个分类器中，判断文本的类别，比如下面判断垃圾邮件的实例