主题
完型填空任务是自然语言处理中的经典问题,要求模型根据上下文预测被遮盖的单词(如 [MASK]
)。本文对比了两种实现方式:基于 PyTorch 的自定义 Transformer 模型 和 基于 Hugging Face Transformers 的预训练 BERT 模型,并探讨了它们的优缺点及改进方向
1. PyTorch 自定义 Transformer 模型
实现概述
- 使用 PyTorch 构建了一个简单的 Transformer 模型,包括嵌入层、位置编码、多头注意力机制和全连接层。
- 数据通过手动构建的词汇表进行索引化,训练时对
[MASK]
位置的单词进行预测。
代码核心
python
class TransformerModel(nn.Module):
def __init__(self, vocab_size, embed_dim, num_heads, max_len):
super(TransformerModel, self).__init__()
self.embedding = nn.Embedding(vocab_size, embed_dim)
self.positional_encoding = nn.Parameter(torch.zeros(1, max_len, embed_dim))
self.attention = nn.MultiheadAttention(embed_dim, num_heads)
self.fc = nn.Linear(embed_dim, vocab_size)
def forward(self, x, mask):
x = self.embedding(x) + self.positional_encoding[:, :x.size(1), :]
x = x.transpose(0, 1)
x, _ = self.attention(x, x, x, key_padding_mask=~mask.squeeze(1).squeeze(1))
x = x.transpose(0, 1)
logits = self.fc(x)
return logits
graph TD
A(开始) --> B(加载训练和测试数据)
B --> C(构建词汇表)
C --> D(将训练样本转换为索引)
D --> E(定义Transformer模型)
E --> F(初始化模型/损失函数和优化器)
F --> G(开始训练循环)
G --> H(每个epoch中)
H --> I(将输入数据传入模型)
I --> J(计算MASK的损失)
J --> K(反向传播并优化)
K --> L{是否达到指定 epoch?}
L -- 否 --> H
L -- 是 --> M(测试模型)
M --> N(对测试句子进行预测)
N --> O(输出预测结果)
O --> P(结束)
优点
- 灵活性:可以根据任务需求自由调整模型结构(如层数、嵌入维度、注意力头数)。
- 学习过程透明:从零开始构建模型,便于理解 Transformer 的内部机制。
缺点
- 训练成本高:需要从头训练,数据量不足时效果有限。
- 性能有限:模型未经过大规模预训练,难以捕获复杂的语言模式。
- 数据依赖强:需要大量标注数据才能达到较好的效果。
改进方向
- 增加训练数据量,或使用数据增强技术。
- 引入预训练权重(如加载预训练的 Transformer 模型)。
- 使用动态学习率调度器和梯度裁剪优化训练过程。
然而没感受到明显的进步和提升,反倒是感受十几年前被BP梯度无法收敛支配的恐惧,一方面是造的训练数据有漏洞,另外就是训练数据的体量有点儿小。
2. Transformers 预训练 BERT 模型
实现概述
- 使用 Hugging Face 的 transformers 库加载预训练的 bert-base-chinese 模型。
- 直接利用 BERT 的 Masked Language Model (MLM) 任务能力,对
[MASK]
位置进行预测。
代码核心
模型下载
bash
git clone https://www.modelscope.cn/tiansz/bert-base-chinese.git
实现
python
from transformers import BertTokenizer, BertForMaskedLM
tokenizer = BertTokenizer.from_pretrained("bert-base-chinese")
model = BertForMaskedLM.from_pretrained("bert-base-chinese")
sentence = "小明喜欢吃[MASK],因为很甜。"
inputs = tokenizer(sentence, return_tensors="pt")
mask_token_index = torch.where(inputs["input_ids"] == tokenizer.mask_token_id)[1]
with torch.no_grad():
outputs = model(**inputs)
logits = outputs.logits
mask_token_logits = logits[0, mask_token_index, :]
top_5_tokens = torch.topk(mask_token_logits, 5, dim=1).indices[0].tolist()
优点
- 高性能:BERT 已在大规模语料上预训练,能够捕获复杂的上下文关系。
- 易用性:无需从头训练,只需微调即可适应特定任务。
- 丰富的工具支持:Hugging Face 提供了大量预训练模型和工具,方便快速开发。
缺点
- 依赖预训练模型:需要下载预训练权重,可能受限于网络环境。
- 灵活性较低:模型结构固定,难以根据任务需求进行大幅修改。
- 计算资源需求高:BERT 模型较大,推理和微调需要更多的计算资源。