关于 NLP 应用方向与深度训练的核心流程

主流应用方向

• 文本分类
• 文本匹配
• 序列标注
• 生成式任务

核心流程（5步）

基本流程实现的先后顺序（每一步都包含很多技术点）：

1.选定语言模型结构

• 语言模型作用
  判断那一句话相对更合理，相对不合理的会得到较底的分值，需要挑选成句概率分值最高的。
• 评价指标：PPL（Perplexity） 困惑度
  • 评估一个语言模型在给定数据集上的预测效果
  • PPL 值与成句概率成反比（PPL 越小，成句概率越高）
• 模型分类
  • SLM 统计语言模型
    ngram
  • NLM 神经语言模型（2003）
    RNN（循环神经网络）
    LSTM（RNN 进阶版）
    CNN（卷积神经网络）
    GRU
  • PLM 预训练语言模型（2018）
    • 基于 Transformer 架构
      • BERT（预训练模型）
        生成式任务是逐词预测，bert 是预测缺失的词或者句子前后关系
      • GPT
        生成式模型
      • 一系列类 bert 模型
  • LLM 大语言模型（2023）
    GhatGPT

2.收集标注数据

• 样本数据
• 预测数据

3.forward 正向传播

1. 模型超参数随机初始化

• 训练轮数：epoch_num
• 每次训练样本个数：batch_size
• 样本文本长度：window_size
• 学习率：lr
• 隐藏层：hidden_size
• 模型层数：layer_num

2. 构建词表
   load_vocab

3. 构建数据集
   dataset

4. 模型组成

   1. 离散值连续化（可选）

      • Padding（可选）
        • 将不同长度的文本补齐或截断到统一长度
        • 使得不同长度的文本可以放在同一个batch内运算
        • 补齐所使用的token需要有对应的embedding向量
      • embedding 层
        • 作用：
          • 将字符转为向量
            将离散型的输入数据（如单词、类别等）映射到连续的向量空间中
          • 核心
            将离散值转化为向量
        • 形状：[vocab_dim, hidden_size]
          hidden_size 是embedding 的下一层模型的输入形状

   2. 模型结构处理连续数据

   3. pooling 池化层
      embedding 结果要先转置后才能 pooling
      embedding.transpose(1,2)

      • 作用
        • 降低后续网络层的输入维度
        • 缩减模型大小
          -提高计算速度
        • 提高鲁棒性，防止过拟合
      • 分类
        • 平均池化
        • 最大池化

   4. 全连接层

      • 作用
        1. 将前面层提取到的特征进行组合和加权
        2. 参数可通过反向传播学习，适应不同数据和任务
        3. 提高模型的表示能力
           • 更好地捕捉数据中的复杂模式和关系
           • 通过堆叠多个全连接层，结合非线性激活函数，模型就可以学习更复杂的非线性映射
        4. 分类与回归
           • 分类任务中
             1. 将特征映射到不同类别的概率分布上
             2. 方便模型对输入进行分类
           • 回归任务中
             生成连续值的预测
      • 参数
        1. 权重（Weights）
           • 是模型中每个神经元或连接的参数
           • 权重矩阵定义了输入和输出之间的关系
        2. 偏置（Biases）
           额外参数，与权重一起用于计算激活函数的输入

   5. 激活函数（可选）
      不会改变输入内容的形状

      • 作用
        1. 引入非线性变换
           • 全连接层仅可线性变换
           • 将激活函数结果传递给下一个全连接层，可在学习复杂任务时，更好的表达数据的抽象特征
        2. 约束输出范围
        3. 提高模型的数值稳定性
      • 常用激活函数
        • Sigmoid
        • tanh
          RNN 自带一个 tanh
        • Relu
          可以防止梯度消失问题
        • Gelu

   6. Normalization 归一化层（可选）
      对输入数据进行归一化处理，使其具有零均值和单位方差，加速模型训练过程，提高模型稳定性和收敛速度

   • 代码
     from torch.nn import BatchNorm1d
self.bn1 = BatchNorm1d(50)
   • 分类
     • 批量归一化 batch normalization
       对每一层的向量求平均，再求标准差，之后进行公式计算，获得可训练参数
       • 样本与其他样本归一化，适合 cv
       • 适合两张图片之间相似度评价
     • 层归一化 layer normalization
       纵向向量求平均，再求标准差，之后进行公式计算，获得可训练参数
       • 样本内进行归一化，适合 nlp
       • 适合文本
   7. dropout 层（可选）
      • 代码
        from torch.nn import Dropout
self.dropout = Dropout(0.5)
      • 是一种常用的正则化技术
        • 作用
          • 减少神经网络的过拟合
          • 提高模型的泛化能力
          • 强制网络学习更加健壮和泛化的特征
          • 减少神经元之间的依赖关系
          • 使得网络更加鲁棒
        • 在训练期间
          • 随机“丢弃”一些神经元
            以一定的概率（通常在0.2到0.5之间）随机地将隐藏单元的输出置为零
          • 保持总体期望值不变
            将其余值按比例进行缩放
        • 在测试期间
          Dropout不会应用，而是将所有神经元的输出乘以保留概率，以保持输出的期望值

5. 获取预测值

6. 计算 loss
   是指预测值与样本真实值之间的loss计算。

   • 常见 loss 函数
     • 均方差（MSE）
       回归场景
     • 交叉熵（Cross Entropy）
       分类场景
     • BCE 0/1损失
       分类场景，一般输入为 sigmod 的输出
     • 指数损失
     • 对数损失
     • Hinge损失

4.backward 反向传播

1. Optimizer 优化器

   • Adam

     • SGD 进阶版
     • 在模型的权重没有收敛之前（没有训练到预期结果之前），不断循环计算，历史每轮的梯度都参与计算。
     • 可无脑选择使用的优化器。是非常好的baseLine，一般出问题，不会因为adam 出问题。
     • 特点
       
     • 实现
       
       • 一阶动量
         历史 n 轮梯度差值
       • 二阶动量
         历史 n 轮梯度的平方差
       • 避免由于一阶动量与二阶动量初始值为零向量，引起参数估计偏向于 0 的问题
         • 一阶动量偏差修正
           一阶动量历史累计值/(1-超参数 t 次方)
         • 二阶动量偏差修正
           二阶动量历史累计值/(1-超参数 t 次方)
       • 权重更新

   • SGD
     计算逻辑：新权重 = 旧权重 - 学习率 * 梯度

   2. optmi->梯度归零
      optimizer.zero_grad()
   3. loss->反向传播，计算梯度
      loss.backward()
   4. optim->更新权重
      optimizer.step()

5.使用模型预测真实场景

经过前4步，得到训练好的模型，将模型投放到真实场景进行预测。