TensorFlow深度学习笔记——文本与序列的深度模型

from: http://www.36dsj.com/archives/54481
与其他机器学习不同，在文本分析里，陌生的东西(rare event)往往是最重要的，而最常见的东西往往是最不重要的。

语法多义性

一个东西可能有多个名字，对这种related文本能够做参数共享是最好的

需要识别单词，还要识别其关系，就需要过量label数据

无监督学习

不用label进行训练，训练文本是非常多的，关键是要找到训练的内容

遵循这样一个思想：相似的词汇出现在相似的场景中

不需要知道一个词真实的含义，词的含义由它所处的历史环境决定

Embeddings

将单词映射到一个向量(Word2Vec)，越相似的单词的向量会越接近
新的词可以由语境得到共享参数
Word2Vec



将每个词映射到一个Vector列表(就是一个Embeddings)里，一开始随机，用这个Embedding进行预测
Context即Vector列表里的邻居
目标是让Window里相近的词放在相邻的位置，即预测一个词的邻居
用来预测这些相邻位置单词的模型只是一个Logistics Regression， just a simple Linear model
Comparing embeddings
比较两个vector之间的夹角大小来判断接近程度，用cos值而非L2计算，因为vector的长度和分类是不相关的：



最好将要计算的vector都归一化
Predict Words



单词经过embedding变成一个vector
然后输入一个WX+b，做一个线性模型
输出的label概率为输入文本中的词汇
问题在于WX+b输出时，label太多了，计算这种softmax很低效
解决方法是，筛掉不可能是目标的label，只计算某个label在某个局部的概率，sample softmax
t-SNE

查看某个词在embedding里的最近邻居可以看到单词间的语义接近关系
将vector构成的空间降维，可以更高效地查找最近单词，但降维过程中要保持邻居关系(原来接近的降维后还要接近)
t-SNE就是这样一种有效的方法
类比

实际上我们能得到的不仅是单词的邻接关系，由于将单词向量化，可以对单词进行计算
可以通过计算进行语义加减，语法加减



Sequence
文本(Text)是单词(word)的序列，一个关键特点是长度可变，就不能直接变为vector

CNN and RNN

CNN 在空间上共享参数，RNN在时间上(顺序上)共享参数



在每轮训练中，需要判断至今为之发生了什么，过去输入的所有数据都对当下的分类造成影响
一种思路是记忆之前的分类器的状态，在这个基础上训练新的分类器，从而结合历史影响
这样需要大量历史分类器
重用分类器，只用一个分类器总结状态，其他分类器接受对应时间的训练，然后传递状态



RNN Derivatives
BackPropagation Through time
对同一个weight参数，会有许多求导操作同时更新之
对SGD不友好，因为SGD是用许多不相关的求导更新参数，以保证训练的稳定性
由于梯度之间的相关性，导致梯度爆炸或者梯度消失



使得训练时找不到优化方向，训练失败
Clip Gradient

计算到梯度爆炸的时候，使用一个比值来代替△W(梯度是回流计算的，横坐标从右往左看)




Hack but cheap and effective
LSTM(Long Short-Term Memory)

梯度消失会导致分类器只对最近的消息的变化有反应，淡化以前训练的参数，也不能用比值的方法来解决

一个RNN的model包含两个输入，一个是过去状态，一个是新的数据，两个输出，一个是预测，一个是将来状态



中间是一个简单的神经网络
将中间的部分换成LSTM-cell就能解决梯度消失问题
我们的目的是提高RNN的记忆能力
Memory Cell



三个门，决定是否写/读/遗忘/写回
在每个门上，不单纯做yes/no的判断，而是使用一个权重，决定对输入的接收程度
这个权重是一个连续的函数，可以求导，也就可以进行训练，这是LSTM的核心



用一个逻辑回归训练这些门，在输出进行归一化



这样的模型能让整个cell更好地记忆与遗忘
由于整个模型都是线性的，所以可以方便地求导和训练
LSTM Regularization

L2, works
Dropout on the input or output of data, works
Beam Search

有了上面的模型之后，我们可以根据上文来推测下文，甚至创造下文，预测，筛选最大概率的词，喂回，继续预测……



我们可以每次只预测一个字母，but this is greedy，每次都挑最好的那个
也可以每次多预测几步，然后挑整体概率较高的那个，以减少偶然因素的影响
但这样需要生成的sequence会指数增长
因此我们在多预测几步的时候，只为概率比较高的几个候选项做预测，that’s beam search.
翻译与识图

RNN将variable length sequence问题变成了fixed length vector问题，同时因为实际上我们能利用vector进行预测，我们也可以将vector变成sequence
我们可以利用这一点，输入一个序列，到一个RNN里，将输出输入到另一个逆RNN序列，形成另一种序列，比如，语言翻译
如果我们将CNN的输出接到一个RNN，就可以做一种识图系统