只有100個標記數據，如何精確分類400萬用戶評論？

知識 09-05

來源：新智元

本文共2200字，建議閱讀6分鐘。

本文介紹了面向NLP任務的遷移學習新模型ULMFit，只需使用極少量的標記數據，文本分類精度就能和數千倍的標記數據訓練量達到同等水平。

[ 導讀 ]在本文中，我們將介紹自然語言處理（NLP）在遷移學習上的最新應用趨勢，並嘗試執行一個分類任務：使用一個數據集，其內容是亞馬遜網站上的購物評價，已按正面或負面評價分類。然後在你可以按照這裡的說明，用你自己的數據重新進行實驗。在數據標記成本高數量少的情況下，這個通用語言微調模型可以大幅降低你的NLP任務訓練時間和成本。

遷移學習模型的思路是這樣的：既然中間層可以用來學習圖像的一般知識，我們可以將其作為一個大的特徵化工具使用。下載一個預先訓練好的模型（模型已針對ImageNet任務訓練了數周時間），刪除網路的最後一層（完全連接層），添加我們選擇的分類器，執行適合我們的任務（如果任務是對貓和狗進行分類，就選擇二元分類器），最後僅對我們的分類層進行訓練。

由於我們使用的數據可能與之前訓練過的模型數據不同，我們也可以對上面的步驟進行微調，以在相當短的時間內對所有的層進行訓練。

除了能夠更快地進行訓練之外，遷移學習也是特別有趣的，僅在最後一層進行訓練，讓我們可以僅僅使用較少的標記數據，而對整個模型進行端對端訓練則需要龐大的數據集。標記數據的成本很高，在無需大型數據集的情況下建立高質量的模型是很可取的方法。

遷移學習NLP的尷尬

目前，深度學習在自然語言處理上的應用並沒有計算機視覺領域那麼成熟。在計算機視覺領域中，我們可以想像機器能夠學習識別邊緣、圓形、正方形等，然後利用這些知識去做其他事情，但這個過程對於文本數據而言並不簡單。

最初在NLP任務中嘗試遷移學習的趨勢是由「嵌入模型」一詞帶來的。

實驗證明，事先將預先訓練好的詞向量加入模型，可以在大多數NLP任務中改進結果，因此已經被NLP社區廣泛採用，並由此繼續尋找質量更高的詞/字元/文檔表示。與計算機視覺領域一樣，預訓練的詞向量可以被視為特徵化函數，轉換一組特徵中的每個單詞。

不過，詞嵌入僅代表大多數NLP模型的第一層。之後，我們仍然需要從頭開始訓練所有RNN / CNN /自定義層。

高階方法：微調語言模型，在上面加一層分類器

論文地址：https://arxiv.org/pdf/1801.06146.pdf

他們的想法是基於語言模型（Language Model）。語言模型是一種能夠根據已經看到的單詞預測下一個單詞的模型（比如你的智能手機在你發簡訊時，可以為你猜測下一個單詞）。就像圖像分類器通過對圖像分類來獲得圖像的內在知識一樣，如果NLP模型能夠準確地預測下一個單詞，似乎就可以說它已經學會了很多關於自然語言結構的知識。這些知識可以提供高質量的初始化狀態，然後針對自定義任務進行訓練。

ULMFit模型一般用於非常大的文本語料庫（如維基百科）上訓練語言模型，並將其作為構建任何分類器的基礎架構。由於你的文本數據可能與維基百科的編寫方式不同，因此你可以對語言模型的參數進行微調。然後在此語言模型的頂部添加分類器層，僅僅對此層進行訓練。

Howard和Ruder建議向下逐層「解凍」，逐步對每一層進行訓練。他們還在之前關於學習速度（周期性學習）的研究成果基礎上，提出了他們自己的三角學習速率（triangular learning rates）。

用100個標記數據，達到用20000個標記數據從頭訓練的結果

這篇文章得出的神奇結論是，使用這種預訓練的語言模型，讓我們能夠在使用更少的標記數據的情況下訓練分類器。儘管網路上未標記的數據幾乎是無窮無盡的，但標記數據的成本很高，而且非常耗時。

下圖是他們從IMDb情感分析任務中報告的結果：

該模型只用了100個示例進行訓練，錯誤率與20000個示例從頭到尾進行完全訓練的模型相仿。

此外，他們在文中還提供了代碼，讀者可以自選語種，對語言模型進行預訓練。由於維基百科上的語言多種多樣，因此我們可以使用維基百科數據快速完成語種的轉換。眾所周知，公共標籤數據集更難以使用英語以外的語言進行訪問。在這裡，你可以對未標記數據上的語言模型進行微調，花幾個小時對幾百個至幾千個數據點進行手動標註，並使分類器頭適應您預先訓練的語言模型，完成自己的定製化任務。

為了加深對這種方法的理解，我們在公共數據集上進行了嘗試。我們在Kaggle上找了一個數據集。它包含400萬條關於亞馬遜產品的評論，並按積極/消極情緒（即好評和差評）加上了標記。我們用ULMfit模型對這些評論按好評/差評進行分類。結果發現，該模型用了1000個示例，其分類準確度已經達到了在完整數據集上從頭開始訓練的FastText模型的水平。甚至在僅僅使用100個標記示例的情況下，該模型仍然能夠獲得良好的性能。

所以，語言模型了解的是語法還是語義？

我們使用ULMFit模型進行了監督式和無監督式學習。訓練無監督的語言模型的成本很低，因為您可以在線訪問幾乎無限數量的文本數據。但是，使用監督模型就很昂貴了，因為需要對數據進行標記。

雖然語言模型能夠從自然語言的結構中捕獲大量相關信息，但尚不清楚它是否能夠捕捉到文本的含義，也就是「發送者打算傳達的信息或概念」或能否實現「與信息接收者的交流」。

我們可以這樣認為，語言模型學到的更多是語法而不是語義。然而，語言模型比僅僅預測語法的模型表現更好。比如，「I eat this computer「（我吃這台電腦）和「I hate this computer」（我討厭這台電腦），兩句話在語法上都是正確的，但表現更優秀的語言模型應該能夠明白，第二句話比第一句話更加「正確」。語言模型超越了簡單的語法/結構理解。因此，我們可以將語言模型視為對自然語言句子結構的學習，幫助我們理解句子的意義。

由於篇幅所限，這裡就不展開探討語義的概念（儘管這是一個無窮無盡且引人入勝的話題）。如果你有興趣，我們建議你觀看Yejin Choi在ACL 2018上的演講，深入探討這一主題。

微調遷移學習語言模型，大有前景

ULMFit模型取得的進展推動了面向自然語言處理的遷移學習研究。對於NLP任務來說，這是一個激動人心的事情，其他微調語言模型也開始出現，尤其是微調遷移語言模型（FineTuneTransformer LM）。

我們還注意到，隨著更優秀的語言模型的出現，我們甚至可以完善這種知識遷移。高效的NLP框架對於解決遷移學習的問題是非常有前景的，尤其是對一些常見子詞結構的語言，比如德語，經過詞級訓練的語言模型的表現前景非常好。

怎麼樣？趕緊試試吧~

參考鏈接：

https://blog.feedly.com/transfer-learning-in-nlp/

Github相關資源：

https://github.com/feedly/ml-demos/blob/master/source/TransferLearningNLP.ipynb

相關論文：

Universal Language Model Fine-tuning for Text Classification（ULMFiT）

https://arxiv.org/pdf/1801.06146.pdf