从代码学习深度学习 - 针对序列级和词元级应用微调BERT PyTorch版

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前言

在自然语言处理（NLP）的广阔天地里，预训练模型（Pre-trained Models）的出现无疑是一场革命。它们如同站在巨人肩膀上的探索者，使得我们能够利用在大规模文本语料上学到的丰富知识，来解决各种具体的NLP任务。在这其中，由Google开发的BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）模型是一个里程碑式的存在。BERT凭借其强大的双向Transformer编码器结构，对语言的理解达到了新的高度。

本文旨在详细阐述如何针对不同的自然语言处理应用场景，对强大的BERT模型进行微调（Fine-tuning）。我们将深入探讨两大类应用：序列级（Sequence-Level） 和 词元级（Token-Level） 任务。我们将从理论架构出发，解释如何通过最小的架构改动，将预训练的BERT模型适配到具体任务上，释放其巨大潜力。

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针对序列级和词元级应用微调BERT

在深入具体的应用之前，我们首先需要理解BERT的宏观定位。BERT模型本身是一个为通用语言理解而设计的庞然大物，其基础版和大型版分别拥有高达1.1亿和3.4亿的参数。为每一个独立的NLP任务从零开始设计和训练一个复杂的模型，既耗时又耗力。而微调BERT则提供了一个高效且效果卓越的解决方案。

微调的核心思想是：在一个巨大的通用文本语料库（如维基百科）上预训练好的BERT模型已经具备了深厚的语言结构和语义知识。 对于下游的具体任务，我们不再需要从头学习所有参数。取而代之的是，我们在预训练的BERT模型之上，增加一个或少数几个简单的全连接层（也称为稠密层）。在针对下游任务进行监督学习时，我们只需要从零开始学习这些新增层的参数，同时对BERT模型原有的海量参数进行“微调”——即在新的任务数据上以较小的学习率进行更新。 这种“最小架构更改”的策略是BERT能够灵活适配多种NLP任务的关键。

接下来，我们将分别探讨序列级和词元级的应用如何通过微调BERT来实现。

单文本分类

单文本分类 是最常见的NLP任务之一，其目标是接收一个单独的文本序列作为输入，然后输出该文本的所属类别。典型应用包括我们熟知的情感分析（判断评论是正面还是负面）和语言可接受性判断。

语言可接受性语料库（Corpus of Linguistic Acceptability, COLA）便是一个用于此任务的数据集，它要求模型判断一个给定的句子在语法上是否成立。 例如，“I should study.” 是一个符合语法的句子，而 “I should studying.” 则不是。

架构说明：

为了处理单文本分类任务，BERT的输入表示经过了精心设计。在输入序列的开头，我们会添加一个特殊的分类标记 [CLS]。这个标记的特殊之处在于，经过BERT模型的多层Transformer编码器处理后，其对应的最终隐藏状态向量被视为整个输入序列的聚合