自然语言处理NLP---预训练模型与 BERT

一、预训练模型

1.1简单认识

预训练模型（Pretrained Model）：在大规模数据上提前训练好模型，让模型先学习这些大数据的通用信息，掌握一般的特征或知识。然后再迁移到具体的任务中，无需重新从0开始训练。

注意：这些数据集是没有标签的，进行的是无监督学习。预训练模型总结来的两个重要思想就是预训练和微调。

预训练模型的杰出代表：ChatGPT、BERT

1.2核心技术机制

（1）自监督学习（SSF--self supervised learning）：使用数据本身构造标签；

（2）微调（FT --- fine tuning）：方式众多比如继续训练、参数微调；

（3）多模态建模：同时处理文本、图像、语言等多模态信息。

1.3案例

利用别人封装好的大模型进行一个文本分类操作，当前选择的模型是基于BERT模型的

步骤：

（1）导入模型，可以自己在官网下载，也可以编写程序，在程序中自动下载；

（2）利用模型进行推理。（最好在集成终端中进行）

python 复制代码

# from transformers import BertForSequenceClassification
# from transformers import BertTokenizer
# import torch
# import os

# current_path=os.path.realpath(os.path.dirname(__file__))
# cache_path =os.path.join(current_path,'cache')

# tokenizer=BertTokenizer.from_pretrained(
#     'IDEA-CCNL/Erlangshen-Roberta-110M-Sentiment',
#     cache_dir=cache_path
#     )
# model=BertForSequenceClassification.from_pretrained(
#     'IDEA-CCNL/Erlangshen-Roberta-110M-Sentiment',
#     cache_dir=cache_path
#     )

# text='今天天气真好'

# inputs  =  tokenizer(
#     text,
#     return_tensors = 'pt'
#     )
# print('输入token_id',inputs['input_ids'])

# with torch.no_grad():
#     outputs=model(**inputs)
#     print('输出logits',outputs.logits)

# # 转为类别
# predicted_class_id = torch.argmax(outputs.logits, dim=-1).item()
# print("预测类别ID：", predicted_class_id)  
# print("预测类别标签：", model.config.id2label[predicted_class_id])

# # model.config.id2label 
# # 是 Hugging Face Transformers 模型中的一个字典，它把 模型输出的类别索引（整数） 映射为 可读的标签（字符串）。


from transformers import BertForSequenceClassification
from transformers import BertTokenizer  #把文字转成模型能理解的 token_id（整数序列）。
import torch
import os

#路径处理，最好都用这种方法
current_path=os.path.realpath(os.path.dirname(__file__)) #当前文件的相对路径
cache_path =os.path.join(current_path,'cache')  #路径拼接

#加载分词器，指定缓存路径
tokenizer=BertTokenizer.from_pretrained(
    'IDEA-CCNL/Erlangshen-Roberta-110M-Sentiment',
    cache_dir=cache_path
    )

#加载分类模型，直接用于预测
model=BertForSequenceClassification.from_pretrained(
    'IDEA-CCNL/Erlangshen-Roberta-110M-Sentiment',
    cache_dir=cache_path
    )

text='今天天气真好'

inputs = tokenizer(text,return_tensors = 'pt')
print('编码id：',inputs['input_ids'])
decoder_text = tokenizer.decode(inputs['input_ids'][0])
print('解码文字：',decoder_text)

#推理
with torch.no_grad():
    outputs = model(**inputs)
    print('原始输出：',outputs.logits)

#转换类别
pre_cls_id = torch.argmax(outputs.logits,dim=-1).item()

#将原本的positive、negative变为中文版的解释
id2label = model. config.id2label
pre_label = id2label[pre_cls_id]

dict1 = {
    'Positive':'这是好评',
    'Neutral': '这是中立评论',
    'Negative':'这是差评'
}
print('预测类别id:',pre_cls_id)
print('预测类别标签：',dict1[pre_label])

结果：

编码id： tensor([[ 101, 791, 1921, 1921, 3698, 4696, 1962, 102]])

解码文字： [CLS] 今天天气真好 [SEP]

原始输出： tensor([[-0.5385, 0.4860]])

预测类别id: 1

预测类别标签：这是好评

二、BERT

BERT（bidirectional encoder representations from transformers）

2.1核心思想

就是预训练模型的范式：BERT还包括一个双向。

（1）海量无标签数据进行无监督学习的预训练；

（2）对模型进行具体项目的微调。

cls本身并不代表具体的单词，它只是一个特殊标记，但是它为什么可以做分类判断：注意力机制，提取了整个语句的语义。

2.2优势

强上下文理解能力：双向建模使得其理解力更强。
预训练迁移能力强：可以微调于各种NLP下游任务。
统一架构：一个模型可以处理分类、问答、文本蕴含等多种任务。

2.3模型结构

BERT完全基于transformer encoder,没有decoder。

|----------------------|-------|----------|-------|-----------|
| 版本 | 层数 | 隐藏维度 | 注意力头数 | 参数量 |
| BERT base BERT large | 12 24 | 768 1024 | 12 16 | 110M 340M |
[模型参数]

M：百万

b：十亿

CLS：作为句子的开头，通过注意力机制，允许CLS与其他的token进行交互，具有整合序列全局信息的作用。

SEP：每一句话的结尾，作为模型区分句子的标志。

2.4预训练任务

预训练任务有MLM和NSP两个任务，且两个任务同时训练。

2.4.1MLM

MLM（Masked Language Model）：将原句子的一小部分词（15%）进行掩码填充，不让模型看到这个真实的词，帮助模型理解词级别的上下文。

方法：80%被mask，10%随机词，10%保留原词。

2.4.2NSP

NSP（next sentences prediction）：帮助模型理解句子之间的关系。模型输入两个句子50%是实际的连续句子，50%是另一篇文章的随机句子。

2.5下游任务

BERT在做预训练之后，可以被用于多种NLP（自然语言处理）下游任务。

（1）句子级任务：情感分析、新闻分类、意图识别、虚假新闻识别；

（2）句对级任务：自然语言推理、问题匹配、问答系统；

（3）标注级任务：命名体识别、关键词抽取；

2.6使用方式

（1）预训练后微调FN整个模型；

（2）冻结BERT参数，再添加符合自己需求的上层新网络。

2.7 BERT问答系统

如果已经保存了模型，就只填模型路径，如果没有保存模型，可以直接下，将模型放到固定位置。

python 复制代码

from transformers import AutoModelForQuestionAnswering,AutoTokenizer,pipeline
import os

current_path=os.path.realpath(os.path.dirname(__file__))
model_path=os.path.join(current_path,'01.review\QA_model')
if __name__ == '__main__':
    model = AutoModelForQuestionAnswering.from_pretrained(
        #'uer/roberta-base-chinese-extractive-qa',
        model_path
        )

    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(
        #'uer/roberta-base-chinese-extractive-qa',
        model_path
        )

    QA = pipeline('question-answering', model=model, tokenizer=tokenizer)

    QA_input = {'question': "谁是笨蛋",
                'context': "1不太聪明，2也不太聪明，3最不聪明。"}
    QA(QA_input)

    print(QA(QA_input))

三、小结

学习了预训练范式以及基于BERT框架的情感分类、问答系统的两个小实验，认识了BERT的结构和参数组成，初步了解了一点有关大模型的基础知识。