Bert

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每个block的参数不共享,独立学习

介绍了Transformer,下一个就是Bert,一个巨大成功的预训练模型,上图

Bert全名为Bidirectional Encoder Representations from Transformers,E1...En是单个字或者词,大部分都是字为单位,Trm是一个transformer,T1...Tn是最终计算的隐藏层。因为再注意力矩阵中每个词都能学习到句子中其他词的相关程度,所以是双向。没有用到decoder

Bert有两个训练目标:

第一个任务:MaskedLM

随机15%遮盖并预测,计算Mask的词的预测词与真实值损失:其中80%是[mask],其中10%被还原成其他词,其中10%原封不动

在进行预训练目标之前,X_hidden的维度是【batch_size, seq_len, embedding_dim】,之后初始化一个映射层权重W_vocab【embedding_dim,vocab_size】,使用这个映射曾权重来实现隐藏维度到字向量的映射,最后将X_hidden与W_vocab点积【batch_size, seq_len,vocab_size】,把这个结果在最后一个维度(vocab_size)上做softmax归一化,使得待预测的每个字在词表上的概率和为1 ,就可以计算损失函数反向传播梯度了。

注意做损失时,只计算随即掩盖和替换的部分,其他部分不做损失

 

第二个任务:Next Sentece Prediction

[CLS]第一句话,[SEP]第二句话。[SEP]

在训练中,按1:1比例中分配有属于上下文的两句话和没关系的两句话,即在训练时间上,一半是属于上下文关系的,一半不属于。一般segment embedding 只有0和1 组成,0是第一句话,1是第二句话。

在这个与训练目标中,训练目标是二分类问题,回顾transformer中每一个词的隐藏层表示都包含了其他词的信息,所以可以用[CLS]的词向量并添加一个线性层预测分类问题。

cls_vector=X_hidden[ :  , 0 , :] ,其shape是【batch_size , embedding_dim】,之后再初始化一个权重,完成 embedding_dim到1的映射,实际上是一个逻辑回归的,之后再用sigmoid激活函数得到分类问题,y=sigmoid(Linear(cls_vector))

 

参数设置:Transformer block 个数为12,embedding_dimension=768,head_size=12

 

 

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<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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