自然語言處理 Paddle NLP - 檢索式文本問答-理論

問答系統(Question Answering System,QA) 是資訊檢索系統的一種高級形式，它能用準確、簡潔的自然語言回答用戶用自然語言提出的問題，其研究興起的主要原因是人們對快速、準確地獲取資訊的需求，問答系統是人工智能.

抽取式閱讀理解：它的答案一定是段落里的一個片段，所以在訓練前，先要找到答案的起始位置和結束位置，模型只需要預測這兩個位置，有點像序列標注的任務，對一段話里的每個字，都會預測兩個值，預測是開始位置還是結尾位置的概率，相當于對每個字來講，都是一個二分類的任務

機器閱讀技術：2011年7月20日，姚明正式宣布退役 => 姚明哪一年退役

500萬的維基百科檔案

檢索式問答：先欄位落檢索、再做答案抽取

閱讀理解：

郭鶴年 => 郭鶴，3個字里面對了2個 => 2/3， 完全匹配 => 1，f1(2/3,1) => 0.8

SQuAD（2016） 只能做抽取，資料量是訓練深度神經網路的關鍵要素，資料集有著很大的影響力很多精典的閱讀理解模型，也是基于SQuAD做的

DuReader(2017) 百度2017年發布的，迄今為止最大的中文閱讀理解資料集，相比較 SQuAD,除了物體類、描述類和事實類的問題，還包含了是非類和觀點類的問題

抽取式閱讀理解，它的答案一定是段落里的一個片段，所以在訓練前，先要找到答案的起始位置和結束位置，模型只需要預測這兩個位置，有點像序列標注的任務，對一段話里的每個字，都會預測兩個值，預測是開始位置還是結尾位置的概率，相當于對每個字來講，都是一個二分類的任務

基于LSTM+注意力機制，核心思想就是如何對問題和段落進行互動和語意理解，一般就是在模型里面加各種 attention，各種復雜的模型結構基本上能總結成圖中的形式，一般分為四層，

• 向量表示層：主要負責把問題和段落里的token映射成一個向量表示
• 語意編碼層：使用RNN來對問題和段落進行編碼，編碼后，每一個token的向量都包含了背景關系的語意資訊
• 互動層：最重要的一層，也是大多數研究作業的一個重點，負責捕捉問題和段落之間的互動資訊，把問題的向量，和段落的向量做各種互動，一般使用各種注意力機制，最后它會輸出一個融合了問題的語意資訊的段落表示，
• 答案預測層：會在段落表示的基本上，預測答案的位置，也就是預測答案的開始位置和結尾位置
  LSTM 是一個比較基本的模型結構
  
  注意力機制，來源于影像，在看一張圖片的時候，就會聚焦到圖片上的某些地方，通過圖片上一些重點地方，獲取到主要的資訊，
  比如圖片里是小狗，看到了狗的耳朵、鼻子就能判斷出這是小狗，這時候注意力就集中在狗的臉部上，
  對于文本也一樣，文本的問題和段落匹配程序中，也會聚焦到不同的詞上面，比如：香格里拉酒店老板是誰？段落：香格里拉是香港上市公司品牌隸屬于郭氏集團，
  對于問題香格里拉這個詞，在段落文本中更關心香格里拉這個詞，帶著問題讀本文時，所關注點是不一樣的，如：老板這個詞，關注力在隸屬于上，
  如果問題是：香格里拉在哪里上市的，那么對于文本的關注點就在“上市公司”上了
  注意力機制，就是獲取問題和段落文本互動資訊的一個重要手段

理論形式：給定了一個查詢向量Query，以及一些帶計算的值Value，通過計算查詢向量跟Key的注意力分布，并把它附加在Value上面，計算出 attention 的值，

• Query 向量是問題，
• Value 對應段落里面編碼好的語意表示，
• key 是問題向量和文本向量做內積之后做歸一化，代表了每個詞的權重
  最后對這些 Value 根據這些權重，做加權求和，最后得到了文本經過attention之后的值

一般會事先定義一個候選庫，也就是大規模語料的來源，然后從這個庫里面檢索，檢索出一個段落后，再在這個段路上做匹配，

基于預訓練語言模型（eg.BERT）


領導A訓練好的模型，在領域B應用

• 通過多任務學習、遷移學習等提升模型的泛化能力
• MRQA 2019 Shared Task
  

過穩定：對于不同的提問，給出相同的答案
過敏感：對于相同語意的提問，給出不同的答案
提高閱讀模型魯棒性的方法：

• 通過對抗樣本生成、復述生成等方法提升模型的魯棒性
• DuReader-Robust、DuReader-Checklist
  千言資料集：https://aistudio.baidu.com/aistudio/competition/detail/49

段落檢索

稀疏向量檢索：雙塔

• 基于詞的稀疏表示
• 匹配能力有限，只能捕捉字面匹配
• 不可學習

把文本表示成 one hot （拼寫可能有錯）的形式，常見的有 TFDF、BM？
文章編碼成向量，向量的長度和詞典的大小一致，比如詞典的大小是3W，稀疏向量表示3W，
每個位置表示這個詞有沒有在問題中出現過，出現過就是1

倒排索引，一般采用稀疏向量方式，只能做字面匹配

稀疏向量，幾百、上千萬的檔案都支持

稠密向量檢索：單塔

• 基于對偶模型結構，進行稠密向量表示
• 能夠建模語意匹配
• 可學習的

把文本表示成稠密向量，也就是 Embedding，需要通過模型，對文本的語意資訊進行建模，然后把資訊記錄在向量里，這邊的向量長度，一般是128、256、768，相較于稀疏向量檢索小很多，每個位置的數字是浮點數

一般通過對偶模型的結構進行訓練，來獲得建模的語意向量，
例：
Q：王思聰有幾個女朋友
P：國民老公的戀人A、B、C......
如果通過 稀疏向量檢索，可能完全匹配不到
稠密向量檢索，可以學習到，國民老公=>王思聰，戀人=> 女朋友

兩者可以互補，一個字面匹配，一個是語意匹配

文本匹配中的兩種模型結構

• 對偶式模型結構：問題、段落分別編碼，得到各自的 Embedding,然后通過內積或者 cosin 來計算向量之間的相似度，這個相似度代表了問題和段落之間的匹配程度
  問題和段落之間難以互動，因為他們是分別編碼的，底層沒有互動，所以邏輯會弱些
  可以快速索引，可以提前把段落向量這邊計算好
• 互動式模型結構：輸入把問題和段落拼一起，在中間互動層問題的文本和段落的文本會有個完全的互動，最后輸出一個來表示問題和段落的匹配程度

對偶模型的引數可以共享，共享引數對字面匹配效果好些，不共享效果也差不了太多
實際應用中，把所有的檔案都計算完，把向量存盤下來，在線計算時，直接去檢索

DPR

正例和強負例 1:1 ,弱負例 越多越好
強負例：和檔案有些關系
弱負例：和檔案內容不相關的，

一般做檢索，不會把正例表得那么完整，在標注時，也是通過一個query，先去檢索出一些候選的段落，在候選段落里，去標正例和負例，這樣因為檢索能力的限制，可能沒有檢索回來的一些段落就沒有標注，這樣會導致資料集中漏標，所以實際上在訓練程序中會對這些漏標的資料集進行處理，有些資料集只標了正例，并沒有負例，這時候負例只能通過一些方式去構造

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