谷歌Lab发布了一个新的预训练模型"ALBERT"全面在SQuAD 2.0、GLUE、RACE等任务上超越了BERT、XLNet、RoBERTa再次刷新了排行榜！ALBERT是一种轻量版本的BERT，利用更好的参数来训练模型，但是效果却反而得到了很大提升！ALBERT的核心思想是采用了两种减少模型参数的方法，比BERT占用的内存空间小很多，同时极大提升了训练速度，更重要的是效果上也有很大的提升！
首先来看ALBERT的性能，ALBERT模型全面刷新了几大任务的Leaderboard，SQuAD 2.0， RACE和GLUE。
ALBERT模型的核心是：训练出更小但效果更好的模型! 文章的标题为："ALBERT: A LITE BERT FOR SELF-SUPERVISED LEARNING OF LANGUAGE REPRESENTATIONS"。一天前刚刚登陆arxiv。
最近几年自然语言处理领域取得了飞速的发展，基本几项重要的成果都集中在了预训练上包括18年火爆一时的BERT，19年上半年发布的XLNet，以及之后发布的RoBERTa都是以更好的预训练为目的的。
1. 什么是预训练
预训练也叫做Pre-training, 是迁移学习中很重要的一项技术。在自然语言处理中主要以词向量为主。单词我们一般可以用两种不同的方式来表示，一种方式为"one-hot encoding"，另外一种方式为分布式表示（通常也叫作词向量/Word2Vec）。 由于单词是所有文本的基础，所以如何去更好地表示单词变得尤其重要。
那如何去理解预训练呢？ 举个例子，比如我们用BERT训练了一套模型，而且已经得到了每个单词的词向量， 那这时候我们可以直接把这些词向量用在我们自己的任务上，不用自己重新训练，这就类似于迁移学习的概念。 或者通过BERT已经训练好的模型去动态地去得出上下文中的词向量。
预训练在通常情况下既可以提升训练效率也可以提高模型效果，因为使用预训练的结果本身其实就是去试图寻找最好的最优解。
2. 词向量技术
通过词向量技术我们可以把一个单词表示为向量的形式，然后接着应用在后续的模型当中。我们可以认为词向量表示的是单词的语义（semantic)。 我们可以按照不同的类别区分词向量技术。
常用的词向量模型比如SkipGram, CBOW, Glove 是不考虑上下文的，也就是一个单词有个固定（Fixed）的向量，不依赖于上下文的改变而改变。比如“I back my car"和 "I hurt my back"里，单词"back"在不同的语境下的含义是不一样的 。
近2，3年很多工作的重点放在了学习考虑上下文的词向量。在这个领域产生了诸多很有突破性的进展，从ELMo，BERT， XLNet到今日刚刚发布的ALBERT，无一不是以这个为重点。利用这些模型，我们可以动态地去学出一个单词在不同上下文之间的词向量。当然，这些向量在不同的语境下的表示肯定是不一样的。
3. 什么是BERT
BERT是一种基于Transformer Encoder来构建的一种模型，它整个的架构其实是基于DAE(Denoising Autoencoder)的，这部分在BERT文章里叫作Masked Lanauge Model（MLM)。MLM并不是严格意义上的语言模型，因为整个训练过程并不是利用语言模型方式来训练的。BERT随机把一些单词通过MASK标签来代替，并接着去预测被MASK的这个单词，过程其实就是DAE的过程。BERT有两种主要训练好的模型，分别是BERT-Small和BERT-Large， 其中BERT-Large使用了12层的Encoder结构。 整个的模型具有非常多的参数。
BERT在2018年提出，当时引起了爆炸式的反应，因为从效果上来讲刷新了非常多的记录，之后基本上开启了这个领域的飞速的发展。
4. 什么是XLNet
BERT之后的一个爆发节点发生在XLNet发布的时候，因为它刷新了BERT保留的很多记录。除了效果之外，那为什么要提出XLNet呢？这就需要从BERT的缺点说起。
虽然BERT有很好的表现，但本身也有一些问题。总结起来有以下几点：
1.训练数据和测试数据之间的不一致性，这也叫作Discrephancy。当我们训练BERT的时候，会随机的Mask掉一些单词的，但实际上在使用的过程当中，我们却没有MASK这类的标签，所以这个问题就导致训练的过程和使用（测试）的过程其实不太一样，这是一个主要的问题。
2. 并不能用来生成数据。由于BERT本身是依赖于DAE的结构来训练的，所以不像那些基于语言模型训练出来的模型具备很好地生成能力。之前的方法比如NNLM[12]，ELMo是基于语言模型生成的，所以用训练好的模型可以生成出一些句子、文本等。但基于这类生成模型的方法论本身也存在一些问题，因为理解一个单词在上下文里的意思的时候，语言模型只考虑了它的上文，而没有考虑下文！
基于这些BERT的缺点，学者们提出了XLNet, 而且也借鉴了语言模型，还有BERT的优缺点。最后设计出来的模型既可以很好地用来执行生成工作，也可以学习出上下文的向量表示。那如何做的呢？
首先，生成模型是单向的，即便我们使用Bidirectional LSTM类模型，其实本质是使用了两套单向的模型。那又如何去解决呢？答案是他们使用了permutation language model, 也就是把所有可能的permutation全部考虑进来。这个想法源自于hugo之前的工作叫作NADE，感兴趣的读者可以去看一下。
另外，为了迎合这种改变，他们在原来的Transformer Encoder架构上做了改进，这不分叫作Two-stream attention, 而且为了更好地处理较长的文本，进而使用的是Transformer-XL。 这就是XLNet的几大核心！
5. 什么是RoBETRa
从模型上来说，RoBERTa基本没有什么太大创新，主要是在BERT基础上做了几点调整：
1）动态Masking，相比于静态，动态Masking是每次输入到序列的Masking都不一样；
2）移除next predict loss，相比于BERT，采用了连续的full-sentences和doc-sentences作为输入（长度最多为512）；
3）更大batch size，batch size更大，training step减少，实验效果相当或者更好些；
4）text encoding，基于bytes的编码可以有效防止unknown问题。另外，预训练数据集从16G增加到了160G，训练轮数比BERT有所增加。
6 什么是ERNIE
ERNIE: Enhanced Representation through Knowledge Integration (19 April 2019)
ERNIE 2.0: A Continual Pre-training Framework for Language Understanding (29 July 2019)
ERNIE 沿袭了 BERT 中绝大多数的设计思路，包括 预训练 (Pretraining) 加 微调 (Fine-tuning) 的流程，去噪自编码 (DAE, abbr. denoising autoencoding) 的模型本质，以及 Masked Language Model 和 Next Sentence Prediction 的训练环节。主要的不同，在于 ERNIE 采用了更为复杂的 Masking 策略：Knowledge Masking Strategies，并针对对话型数据引入一套新的训练机制：对话语言模型 (Dialogue Language Model)。
![[深度学习] 自然语言处理 --- 从BERT, XLNet, RoBERTa, ERNIE2到ALBERT2](https://www.xq6.net/wp-content/uploads/2020/03/20200309_5e652f961ad7d.png "[深度学习] 自然语言处理 --- 从BERT, XLNet, RoBERTa, ERNIE2到ALBERT2插图")
ERNIE2是百度在ERNIE1基础上的一个升级版，不过这次升级幅度比较大. ERNIE 2.0 将 1.0 版本中的功能特性全部予以保留，并在此基础上做更为丰富的扩展和延伸。论文指出，近几年来基于未标注语料进行无监督编码的预训练模型，包括 Word2Vec、ELMo、GPT、BERT、XLNet、ERNIE 1.0， 存在一个共同缺陷：仅仅只是利用了 token 与 token 之间的 共现 (Co-occurance) 信息。当两个 token 拥有相似的上下文语境时，最终的编码必然具有极高的相似度。这使得模型无法在词向量中嵌入语料的 词汇 (lexical)、语法 (syntatic) 以及 语义 (semantic) 信息。为此，ERNIE 2.0 首次引入 连续预训练 (Continual Pre-training) 机制 —— 以串行的方式进行多任务学习，学习以上三类特征。设计的初衷在于模拟人类的学习行为：利用已经积累的知识，持续地进行新的学习。
![[深度学习] 自然语言处理 --- 从BERT, XLNet, RoBERTa, ERNIE2到ALBERT2](https://www.xq6.net/wp-content/uploads/2020/03/20200309_5e652f96849cd.png "[深度学习] 自然语言处理 --- 从BERT, XLNet, RoBERTa, ERNIE2到ALBERT2插图1")
6. 什么是ALBERT
过去几年深度学习圈子里一直出现了一些“怪象”，就是堆数据，让模型更复杂，训练出来的效果更好！ 但真正的智能应该是用更简单的模型，用更少量的数据，得到更好的结果！ 可以想一下人类是如何学习的？我们的学习不需要大量的样本，而且有举一反三的能力，这才叫作真正的智能！ 我们的研究在这个道路上还有很长的路要走。
之前的BERT，XLNet为什么效果好？ 这绝对离不开模型本身的复杂度，一个模型拥有上百亿的参数，效果不好就太对不起我们的资源了。我们要知道训练一套这类模型需要花费甚至几百万美金的成本。
所以这时候提出ALBERT也不奇怪的，就是试图解决上述的问题：
1. 让模型的参数更少 2. 使用更少的内存 3. 提升模型的效果。就是这么简单！
ALBERT的贡献
文章里提出一个有趣的现象：当我们让一个模型的参数变多的时候，一开始模型效果是提高的趋势，但一旦复杂到了一定的程度，接着再去增加参数反而会让效果降低，这个现象叫作“model degratation"。
基于上面所讲到的目的，ALBERT提出了三种优化策略，做到了比BERT模型小很多的模型，但效果反而超越了BERT， XLNet。
- Factorized Embedding Parameterization. 他们做的第一个改进是针对于Vocabulary Embedding。在BERT、XLNet中，词表的embedding size(E)和transformer层的hidden size(H)是等同的，所以E=H。但实际上词库的大小一般都很大，这就导致模型参数个数就会变得很大。为了解决这些问题他们提出了一个基于factorization的方法。
他们没有直接把one-hot映射到hidden layer, 而是先把one-hot映射到低维空间之后，再映射到hidden layer。这其实类似于做了矩阵的分解。
- Cross-layer parameter sharing. Zhenzhong博士提出每一层的layer可以共享参数，这样一来参数的个数不会以层数的增加而增加。所以最后得出来的模型相比BERT-large小18倍以上。
- Inter-sentence coherence loss. 在BERT的训练中提出了next sentence prediction loss, 也就是给定两个sentence segments, 然后让BERT去预测它俩之间的先后顺序，但在ALBERT文章里提出这种是有问题的，其实也说明这种训练方式用处不是很大。 所以他们做出了改进，他们使用的是setence-order prediction loss (SOP)，其实是基于主题的关联去预测是否两个句子调换了顺序。
谷歌开源了中文版本和Version 2
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参考文献：
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