专题-句嵌入
Reference
基线模型
基于统计的词袋模型（BoW）
- 单个词的 One-Hot 表示
- 基于频数的词袋模型
- 基于 TF-IDF 的词袋模型
- ...
基于词向量的词袋模型
均值模型
其中
v_i表示维度为d的词向量，均值指的是对所有词向量按位求和后计算每一维的均值，最后s的维度与v相同。
加权模型
其中
α可以有不同的选择，但一般应该遵循这样一个准则：越常见的词权重越小
基于 RNN（任务相关）
以最后一个隐状态作为整个句子的 Embedding
基于 RNN 的 Sentence Embedding 往往用于特定的有监督任务中，缺乏可迁移性，在新的任务中需要重新训练；
此外，由于 RNN 难以并行训练的缺陷，导致开销较大。
基于 CNN（任务相关）
卷积的优势在于提取局部特征，利用 CNN 可以提取句子中类似 n-gram 的局部信息；
通过整合不同大小的 n-gram 特征作为整个句子的表示。
词袋模型
[2018] Power Mean 均值模型
[4]
- 本文是均值模型的一种推广；通过引入“幂均值”（Power Mean）来捕捉序列中的其他信息；
- 记句子
s=(x_1, x_2, ..., x_n)
- `x_i` 为每个词的词向量，维度为 `d`
- 普通的均值模型即 `p=1` 时的特例；
- 特别说明，`±∞` 实际上指的是 `max`/`min`，而不是绝对值最大/最小本文通过拼接的方式来保留不同
p的信息
此时，Sentence Embedding 的维度应该是 *`K d`**
进一步的，文本还加入了在不同词嵌入空间上的词向量，依然通过拼接的方式保留信息
所谓不同词嵌入空间，指的就是使用不同算法在不同语料上训练得到的词向量
此时，Sentence Embedding 的维度应该是
K * L * d本文使用了如下 4 种词向量：
- GloVe embeddings (GV) trained on Common Crawl
- Word2Vec trained on GoogleNews (GN)
- Attract-Repel (AR) (Mrksic et al., 2017)
- MorphSpecialized (MS) (Vulic et al., 2017)
[2017] SIF 加权模型
文献 [1] 提出了一个简单但有效的加权词袋模型 SIF (Smooth Inverse Frequency)，其性能超过了简单的 RNN/CNN 模型
SIF 的计算分为两步：
1） 对句子中的每个词向量，乘以一个权重a/(a+p_w)，其中a是一个常数（原文取0.0001），p_w为该词的词频；对于出现频率越高的词，其权重越小；
2） 计算句向量矩阵的第一个主成分u，让每个句向量减去它在u上的投影（类似 PCA）；完整算法描述
Numpy 示例（点击展开）
```python ```[]
无监督模型
[2015] Skip-Thought Vector
[2]
类似 Word2Vec/语言模型 的思想，Sentence Embedding 作为模型的副产品。
给定一个三元组
s_{i-1}, s_i, s_{i+1}表示 3 个连续的句子。模型使用 Encoder-Decoder 框架；
训练时，由 Encoder 对
s_i进行编码；然后分别使用两个 Decoder 生成前一句s_{i-1}和下一句s_{i+1}
Encoder（GRU）
Decoder（带窥孔的 GRU）
其中
h_i为 Encoder 的输出，即表示s_i的 Sentence EmbeddingDecoder 可以看作是以 Encoder 输出为条件的神经语言模型
语言模型，
v表示词向量目标函数
OOV 词的处理 TODO
[2018] Quick-Thought Vectors
[4]
本文是基于 Skip-Thought Vector 的改进
Skip-Thought Vector 中给出前一句生成上一句和下一句的任务，被重新描述为一个分类任务：Decoder 作为分类器从一组候选句子中选择正确的上一个/下一个句子。
生成模型（Skip-Thought Vector）
分类模型（Quick-Thought Vectors）
该模型的一个主要优点是训练速度比 Skip-Thought Vector 快，后者需要训练 3 个 RNN 模块。
一些细节：
batch size = 400，即一个 batch 为 400 个连续的句子；context size = 3，即对给定句子，预测其上一句和下一句；- 负采样：同一 batch 中除上下文句子，均作为 负例；
- 开始训练时，词向量被初始化为
[-0.1, 0.1]，没有使用预训练的词向量；
有监督模型
[2017] InferSent
[5]
本文使用有监督的方法，在自然语言推理（NLI）数据集上训练 Sentence Embedding；
本文认为从 NLI 数据集（比如 SNLI）中训练得到的句向量也适合迁移到其他 NLP 任务中。
- 就像在各种 CV 任务中使用基于 ImageNet 的模型（VGG, ResNet 等）来得到图像特征一样，在处理 NLP 任务之前可以先使用本文公开的模型来计算句子的特征。
基本模型
- 在 NLI 任务中，每个样本由三个元素构成
(u, v, l)——其中u表示前提（premise），v表示假设（hypothesis），l为类标（entailment 1, contradiction 2, neutral 3） - 本文比较了 7 种编码器：1）LSTM, 2）GRU, 3）bi-GRU, 4）bi-LSTM(mean pooling), 5）bi-LSTM(max pooling), 6）self-attention, 7）CNN
- 注意：在 NLI 数据集中，句子
u和v的地位不是等价的
- 在 NLI 任务中，每个样本由三个元素构成
[2017] Self-Attention
[3]
本文提出使用二维矩阵作为句子表征，矩阵的行表示在句子不同位置的关注度，以解决句子被压缩成一维向量时的信息损失。
[2015] DAN & RecNN
[9]
原文模型仅用于分类，但也可用于有监督的学习 Sentence Embedding
基本模型，其中比较常用的是 DAN
DAN（Deep Averaging Network）
RecNN
多任务学习
- InferSent 模型的成功，使大家开始探索不同的有监督任务中得到的 Sentence Embedding 在下游任务中的效果。
- 多任务学习试图在一次训练中组合不同的训练目标。
[2018] 基于多任务的 Sentence Embedding（微软）
[6]
本文认为为了能够推广到各种不同的任务，需要对同一句话的多个方面进行编码。
简单来说，模型同时在多个任务和多个数据源上进行训练，但是共享相同的 Sentence Embedding。
任务及数据集包括：
- Skip-Thought（预测上一句/下一句）——BookCorpus
- 神经机器翻译（NMT）——En-Fr (WMT14) + En-De (WMT15)
- 自然语言推理（NLI）——SNLI + MultiNLI
- Constituency Parsing——PTB + 1-billion word
本文模型与 Skip-Thought Vector 基本一致
- 主要区别在于本文的 Encoder 部分使用的是 Bi-GRU，而 Decoder 部分完全一致；
- 使用 GRU 而非 LSTM 的原因主要是为了速度；
[2018] Universal Sentence Encoder（谷歌）
[7]
本文的目的是动态地适应各种的 NLP 任务，通过在不同的数据集和不同的任务上同时训练。
本文使用类似的多任务框架，区别在于使用的 Encoder 不同。
本文以两种模型作为 Encoder
- Transformer [8]——更高的精度
- DAN (Deep Averaging Network) [9]——更快的速度
一个可用的预训练版本
embed = hub.Module("https://tfhub.dev/google/universal-sentence-encoder/2") embeddings = embed([ "The quick brown fox jumps over the lazy dog.", "I am a sentence for which I would like to get its embedding"]) sess.run(embeddings)TensorFlow Hub | universal-sentence-encoder
参考文献
- [1] A Simple but Tough-to-Beat Baseline for Sentence Embeddings, ICLR 2016.
- [2] Skip-Thought Vectors, NIPS 2015.
- [3] A Structured Self-attentive Sentence Embedding, ICLR 2017.
- [4] An efficient framework for learning sentence representations, ICLR 2018.
- [5] Supervised Learning of Universal Sentence Representations from Natural Language Inference Data, ACL 2017.
- [6] Learning General Purpose Distributed Sentence Representations via Large Scale Multi-task Learning, ICLR 2018.
- [7] Universal Sentence Encoder, arXiv 2018.
- [8] Attention is all you need, NIPS 2017.
- [9] Deep unordered composition rivals syntactic methods for text classification, 2015 ACL.