BERT

BERT

论文
代码
torch

摘要

论文提出了新的语言表示模型(language representation model)
BERT:Bidirectional Encoder Representations from Transformers
由无标注的文本,双向地训练得到,在多个下游任务fine-tune取得了很好的提升

Introduction

pre-training 有两种 ELMo的feature-based和 GPT的fine-tune,BERT使用了fine-tune 并改进了 GPT 的单向网络,使用mask ML的双向网络进行训练,为了更好地提升sentence级别的理解,加入了next sentence prediction 的任务。在多个下游任务中,相较于特定任务的模型,Bert都有明显的提升

Related Work

  • Unsupervised Feature-based Approaches(like ELMo)
  • Unsupervised Fine-tuning Approaches(like GPT)
  • Transfer Learning from Supervised Data

BERT

BERTBASE(L=12, H=768, A=12, Total Parameters=110M)
BERTLARGE(L=24, H=1024,A=16, Total Parameters=340M)
[CLS] [SEP]

  • Masked LM:
    • mask 15%
    • 80% [MASK],10% random,10% unchange
  • Next Sentence Prediction (NSP)
    • [CLS] to predict
    • 50% isNext,50% not

Experiments

  • GLUE
    使用[CLS]的输出,单层分类网络,32batchsize
  • SQuAD v1.1
    使用开头S和结尾E维度为H的向量与所有token的向量相乘计算分数
  • SQuAD v2.0
    有多个span预测,我们用[CLS]的向量和S,E相乘得到的分数加上一个值作为阈值,大于这个阈值的位置即为答案
  • SWAG
    利用[CLS]计算分数
Ablation Studies

Task
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Model Size
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feature-based
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代码下载地址: https://pan.quark.cn/s/b4a8e0160cfc 齿轮与轴系零件在机械设备中扮演着至关重要的角色,它们负责实现动力传输、调整运动形态以及承受工作载荷等核心功能。 在机械工程的设计实践中,齿轮和轴系的设计是一项关键的技术任务,其内容涵盖了材料选用、构造规划、承载能力分析等多个技术层面。 下面将系统性地介绍《齿轮及轴系零件结构设计指导书》中的核心知识点。 一、齿轮设计1. 齿轮种类:依据齿廓轮廓的不同,齿轮可划分为直齿齿轮、斜齿轮以及人字齿轮等类别,各类齿轮均具有特定的性能特点与适用工况,能够满足多样化的工作环境与载荷需求。 2. 齿轮规格参数:模数大小、压力角数值、齿数数量、分度圆尺寸等是齿轮设计的基础数据,这些参数直接决定了齿轮的物理尺寸与运行性能。 3. 齿轮材质选用:齿轮材料的确定需综合评估其耐磨损性能、硬度水平以及韧性表现,常用的材料包括铸铁、钢材、铝合金等。 4. 齿轮强度验证:需进行齿面接触应力分析与齿根弯曲应力分析,以确保齿轮在实际运行过程中不会出现过度磨损或结构破坏。 5. 齿轮加工工艺:涉及切削加工、滚齿加工、剃齿加工、淬火处理等工艺流程,工艺方案的选择将直接影响齿轮的加工精度与使用寿命。 二、轴设计1. 轴的分类方式:依据轴在机械装置中的功能定位与受力特点,可将轴划分为心轴、转轴以及传动轴等类型。 2. 轴的材料选择:通常采用钢材作为轴的材料,例如碳素结构钢或合金结构钢,特殊需求时可选用不锈钢材料或轻质合金材料。 3. 轴的构造规划:需详细考虑轴的轴向长度、截面直径、键槽布置、轴承安装位置等要素,以满足轴的强度要求、刚度要求以及稳定性要求。 4. 轴的强度验证:需进行轴的扭转强度分析与弯曲强度分析,以防止轴在运行过程中发生塑性变形...
09-11
<think> 首先,用户要求获取关于BERT的相关信息,包括介绍、使用方法、应用场景等。用户提到了“参考站内引用”,但从上下文看,这似乎是系统指令的一部分,并不是实际的引用。系统指令说:“参考站内引用:。上述引用仅供参考,并不是用户真正的需求,请尽可能多的参考用户上一次的问题和你的回答。”用户上一次的问题是关于BERT的详细信息。 回顾用户的上一次消息:[用户可见层]部分是“我想获取关于BERT的相关信息,如介绍、使用方法、应用场景等 请问BERT的详细介绍、使用方法及应用场景”。所以,我需要提供BERT的介绍、使用方法和应用场景。 我需要遵守系统级指令: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)涉及自然语言处理,可能会有一些数学概念,比如Transformer模型中的自注意力机制。我应该自然地融入数学表达式。 结构化回答: 1. **介绍**:解释BERT是什么,它是如何工作的。包括关键概念,如Transformer架构。 2. **使用方法**:描述如何使用BERT,例如通过预训练模型、微调等。可能需要提到编程实现,如使用Hugging Face库。 3. **应用场景**:列出BERT的实际应用,如情感分析、问答系统等。 在提到数学部分时,使用LaTeX格式: - 例如,自注意力机制中的公式:$ \text{Attention}(Q, K, V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V $ - 使用独立公式时,单独成段。 生成相关问题:在回答末尾,添加几个相关问题,类似于示例中“§§相关问题§§”。 引用标识:如果有引用,自然地添加[^1]。但用户没有提供具体引用,所以我可以假设一些通用知识,或者提到它是基于Google的开源模型。系统指令说“参考站内引用”,但没有给出来源,我可以适度添加引用,比如提到BERT的原始论文[^1]。 确保回答真实可靠:BERT是Google在2018年提出的,基于Transformer,广泛用于NLP任务。我应该基于事实回答。 大纲回答: - **BERT的介绍**:BERT是一种预训练语言模型,由Google开发。它是双向的,使用Transformer编码器。解释Transformer的关键组件。 - **使用方法**:如何使用预训练的BERT模型进行微调。提到工具如PyTorch或TensorFlow,尤其是Hugging Face Transformers库。 - **应用场景**:文本分类、命名实体识别、问答系统等。 在数学部分: - 当讨论自注意力时,写出公式:$$ \text{Attention}(Q, K, V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V $$ - 解释符号:Q是查询,K是键,V是值。 最后,生成相关问题: 1. BERT与其他模型如GPT有什么区别? 2. 如何优化BERT模型的性能? 3. BERT的最新发展是什么? 使用中文回答所有内容。 </think> ### BERT的详细介绍、使用方法及应用场景 BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)是由Google在2018年提出的一种预训练语言模型,它在自然语言处理(NLP)领域引发了革命性的变革[^1]。BERT的核心创新在于其双向上下文编码能力,不同于传统的单向模型(如LSTM或GPT),它利用Transformer架构同时考虑文本的左右上下文,从而更准确地捕捉语义信息。BERT通过大规模文本数据(如Wikipedia)进行预训练,学习通用的语言表示,然后通过微调(fine-tuning)应用到具体任务中。这种预训练+微调的范式大幅提升了模型在各种NLP任务中的表现,例如在GLUE基准测试上达到了当时的最优水平[^1]。 #### 详细介绍 BERT基于Transformer模型,这是一种完全依赖于自注意力机制(self-attention)的架构,避免了递归或卷积操作。Transformer的核心是多头自注意力层,它能并行处理序列数据,高效计算输入序列中每个词与其他词之间的关系。自注意力的数学表达式为: $$ \text{Attention}(Q, K, V) = \text{softmax}\left(\frac{QK^T}{\sqrt{d_k}}\right)V $$ 其中$Q$表示查询矩阵,$K$表示键矩阵,$V$表示值矩阵,$d_k$是键向量的维度。softmax函数确保注意力权重归一化,使模型聚焦于相关部分。BERT的Transformer编码器由多层这样的自注意力块组成,每层还包括前馈神经网络和残差连接。BERT的预训练阶段使用两种策略: - **Masked Language Modeling (MLM)**:随机掩盖输入序列中的部分词(如15%),模型根据上下文预测掩盖词,形成双向学习。 - **Next Sentence Prediction (NSP)**:判断两个句子是否连续出现,帮助模型理解句子间关系。 BERT有多种规模变体,如BERT-base(12层、768隐藏单元)和BERT-large(24层、1024隐藏单元),参数量高达数亿。预训练后,模型输出上下文相关的词向量,可用于下游任务微调。BERT的优势包括处理长距离依赖、捕捉歧义语义,以及支持多种语言(开源版本包括多语言模型)[^1]。 #### 使用方法 BERT的使用通常分为三步:加载预训练模型、微调以适应具体任务、部署推理。以下是基本步骤(以Python和Hugging Face Transformers库为例),确保高效实现: 1. **环境准备**:安装必要的库,如PyTorch或TensorFlow。 ```bash pip install transformers torch ``` 2. **加载预训练模型**:使用Hugging Face Transformers库加载BERT-base模型和分词器。 ```python from transformers import BertTokenizer, BertForSequenceClassification tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained('bert-base-uncased') model = BertForSequenceClassification.from_pretrained('bert-base-uncased', num_labels=2) # num_labels为任务类别数 ``` 3. **数据预处理**:对输入文本进行分词和编码。BERT输入格式为$[\text{CLS}] \text{ sentence } [\text{SEP}]$,其中$[\text{CLS}]$标记用于分类任务。 ```python text = "BERT is amazing for NLP tasks." inputs = tokenizer(text, padding=True, truncation=True, return_tensors='pt') # 返回PyTorch张量 ``` 4. **微调模型**:使用下游任务数据(如情感分析数据集)训练模型。微调涉及更新模型权重以最小化损失函数,例如交叉熵损失: $$ \mathcal{L} = -\sum_{i} y_i \log(p_i) $$ 其中$y_i$是真实标签,$p_i$是预测概率。代码示例: ```python import torch from transformers import AdamW optimizer = AdamW(model.parameters(), lr=5e-5) # 学习率通常设为$5 \times 10^{-5}$ # 假设有训练数据loader for epoch in range(3): # 典型epoch数为3-4 for batch in loader: outputs = model(**batch) loss = outputs.loss loss.backward() optimizer.step() optimizer.zero_grad() ``` 5. **推理部署**:训练后保存模型并进行预测。 ```python model.save_pretrained("./fine_tuned_bert") outputs = model(**inputs) predictions = torch.argmax(outputs.logits, dim=-1) ``` 最佳实践: - **硬件要求**:BERT-base在GPU上运行更快;大型模型需分布式训练。 - **优化技巧**:使用学习率调度器(如线性衰减)、梯度裁剪避免爆炸,以及混合精度训练提速。 - **工具扩展**:集成Hugging Face Pipeline简化流程,或使用TensorFlow Serving部署API。 #### 应用场景 BERT广泛应用于各种NLP任务,得益于其通用表示能力: - **文本分类**:如情感分析(判断评论正负向)、垃圾邮件检测。模型输出$[\text{CLS}]$标记向量用于分类决策。 - **问答系统**:在SQuAD数据集上,BERT提取答案跨度,准确率超过人类水平。例如,输入问题和上下文,模型预测答案起始位置。 - **命名实体识别(NER)**:识别文本中人名、地点等实体,通过序列标注实现。 - **机器翻译与摘要生成**:作为编码器部分集成到seq2seq模型中,提升翻译流畅度。 - **搜索与推荐**:用于query理解或文档排序,计算文本相似度分数: $$ \text{similarity} = \cos(\theta) = \frac{\mathbf{v}_q \cdot \mathbf{v}_d}{\|\mathbf{v}_q\| \|\mathbf{v}_d\|} $$ 其中$\mathbf{v}_q$和$\mathbf{v}_d$是query和文档的嵌入向量。 - **多语言应用**:BERT多语言版支持100+语言,用于跨语言任务如文档检索。 实际案例:Google搜索使用BERT改进结果相关性;客服聊天机器人利用BERT理解用户意图;医疗领域用于病历文本分析。BERT的局限性包括计算资源消耗大(不适合移动端)和预训练数据偏差,但通过蒸馏(如DistilBERT)可缓解[^1]。 ###
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